DE2248325A1 - DEVICE FOR FOCUSING WAVE ENERGY, IN PARTICULAR FOR ANTENNAS - Google Patents
DEVICE FOR FOCUSING WAVE ENERGY, IN PARTICULAR FOR ANTENNASInfo
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Description
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DR.-PHIL. G. NICKEL · DR.-ING. J. DORNER- ~ 'fatentanwAlte
DR. PHIL. G. NICKEL · DR.-ING. J. DORNER
8 MÜNCHEN 158 MUNICH 15
__ TEL. (0811) 555719__ TEL. (0811) 555719
Münohen, den 19. September 1972 Anwaltsaktenz.i 27 - Pat. 40Münohen, September 19, 1972 Attorney's files. I 27 - Pat. 40
Raytheon Company, 141 Spring Street, Lexington, Mass. 02173, Vereinigte Staaten von AmerikaRaytheon Company, 141 Spring Street, Lexington, Mass. 02173, United States of America
Einrichtung zur Fokussierung von Wellenenergie, insbesondere für AntennenDevice for focusing wave energy, especially for Antennas
Die Erfindung bezieht sioh auf eine Einrichtung zur Fokussierung von Wellenenergie, insbesondere für Antennen. Im einzelnen betrifft die Erfindung elektronisch abgetastete Antennen mit einer Strahleranordnung jeweils einstellbarer Phase. Es sei vorausgeschickt, daß bei der Erfindung grundsätzlich ein parasitärer Heflektor vorgesehen ist, an welchem eine Reflexion der Abtaststrahlung stattfindet.The invention relates to a device for focusing wave energy, in particular for antennas. In detail concerns the invention electronically scanned antennas with a radiator arrangement each adjustable phase. It should be noted in advance that the invention basically involves a parasitic yeast deflector is provided at which a reflection of the scanning radiation takes place.
Bekannte Antennensysteme mit einer Strahleranordnung jeweils einstellbarer Phase weisen eine Vielzahl von Elementen auf. Beispielsweise sind 11 000 Elemente für eine Antenne vorgesehen, welche ein sehr scharfes Strahlenbündel mit einem Öffnungswinkel in der Größenordnung von 1 Grad erzeugt, wobei das Strahlenbündel eine Abtast-Ablenkung über einen Winkel von - 60 Grad erfahren kann. Eine derartige Antenne ist für die Verfolgung mehrerer Ziele bestens geeignet, die bezüglioh Höhenwinkel und Azirauthwinkel stark veränderlich sein können, Bekanntermaßen sind derartige Antennen außerordentlich teuer, groß und schwer und ImKnown antenna systems with a radiator arrangement of adjustable phase in each case have a large number of elements. For example, 11,000 elements for an antenna are provided, which produces a very sharp-ray beam with an opening angle of the order of 1 degree, the radiation beam scanning a deflection through an angle of - 60 degrees may be experienced. Such an antenna is ideally suited for the pursuit of several targets, which can be highly variable with regard to the elevation angle and aziruth angle. As is known, such antennas are extremely expensive, large and heavy and Im
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Aufbau sehr kompliziert, soweit dies die allgemeine wirtschaft- ί liehe Anwendung, beispielsweise das Einweisen von Plugzeugen auf eine Landebahn, betrifft. Abgesehen von den zuvor erwähnten Naοhteilen ist aber eine Antenne mit einer Anordnung von Strahlern jeweils einstellbarer Phase geradezu ideal für das Einweisen von Plugzeugen auf eine Landebahn geeignet, da ein solches Flugzeug durch das Radargerät selbst dann erfaßt werden kann, wenn eine starke Abweichung von dem gewünschten Anflugweg vorliegt. Die Antenne kann stillstehend bleiben, während Leitstrahlen oder Verfolgungsstrahlen in einer Vielzahl von Richtungen erzeugt werden können, um die verschiedenen Flugzeuge zu erfassen. Hierbei erkennt man, daß die übliche Bauweise von Antennen nit einer Anordnung von Strahlerelementen steuerbarer Phase bedeutend größere Such- bzw. Erfassungskapazität, nämlich einen wesentlich größeren Bereioh des Höhenwinkels und des Azimuthwinkels, besitzt, als für die Anwendungen etwa zum Einweisen von Flugzeugen auf eine Landebahn, notwendig ist..Structure very complicated as far as this is the general economic ί borrowed application, for example the instruction of plug-in tools a runway. Apart from the aforementioned sewing parts, there is an antenna with an array of radiators adjustable phase ideal for briefing Plugzeug on a runway suitable as such an aircraft can be detected by the radar even if a there is a strong deviation from the desired approach path. The antenna can remain stationary while guide beams or tracking beams are generated in a variety of directions can to capture the different planes. It can be seen here that the usual design of antennas with an arrangement of radiator elements of controllable phase is significantly larger Search or detection capacity, namely a much larger area of the elevation angle and the azimuth angle, than for applications such as directing aircraft to a runway, is necessary ..
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Einrichtung zur Fokussierung von Wellenenergie, insbesondere für Antennen, derart auszubilden, daß trotz eines verhältnismäßig einfachen und kostensparenden Aufbaus eine sehr schärfe Richtcharakteristik erhalten wird. Insbesondere soll eine Antenne mit einer Anordnung von Strahlern jeweils einstellbarer Phase im Aufbau derart vereinfacht und verbilligt werden, daß auch die Anwendung zur Einweisung von Flugzeugen auf eine Landebahn wirtschaftlich möglich ist.The invention aims to achieve the object of providing a device for focusing wave energy, in particular for Antennas to be designed in such a way that, despite a relatively simple and cost-saving structure, a very sharp directional characteristic is obtained. In particular, an antenna should have an arrangement of radiators each adjustable phase in the structure can be simplified and cheaper in such a way that the use for the instruction of aircraft on a runway is economically possible.
Diese Aufgabe wird gemäß dem der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken durch eine die Phasenlage einzelner Strahlungsstrahlen im Verhältnis zueinander im wesentlichen unabhängig voneinander verändernde und dadurch die Richtung einer resultierenden Wellenfront verändernde Phasenschieberanordnung und durch eine im Abstand von dieser und im Gang der die Phasensohieberanordnung durchlaufenden Strahlen gelegene Ablenkeinrichtung gelöst, welche die Richtung einzelner auf sie treffender Strahlungsstrahlen im Verhältnis zueinander entsprechend der jeweils aufgeprägtenThis object is in accordance with the idea underlying the invention by the phase position of individual beams of radiation relative to each other substantially independently changing, and thereby the direction of a resultant wavefront changing phase shifting arrangement and a ng at a distance therefrom and in the G a of the Phasensohieberanordnung continuous beams located deflection device solved, which the direction of individual radiation rays impinging on them in relation to one another according to the respectively impressed
'KIiI M 15/1 09 Ί'KIiI M 15/1 09 Ί
Phasenlage so ändert, daß im wesentlichen unabhängig von der Richtung eines der Ablenkeinrichtung zugeordneten Strahlenbündels dessen Richtcharakteristik gleich bleibt.Phase position changes so that essentially independent of the Direction of a beam associated with the deflection device whose directional characteristic remains the same.
Eine nach diesem Grundprinzip aulgebaute Antennenanordnung kommt mit wesentlich weniger Strahlerelementen aus als sie bei den bisher bekannten Antennen mit einer Anordnung von Strahlern einstellbarer Phase notwendig waren. Bei einem praktischen Ausführuagsbeispiel sind beispielsweise etwa 800 Strahlerelemente im Vergleich zu etwa 11 000 Strahierelementen bei herkömmlichen Antennen dieser Art mit vergleichbarer Öffnung der Richtcharakteristik vorgesehen. Zur Erzielung eines schmalen Strahlenbündels unter Verwendung einer verhältnismäßig kleinen Anordnung von Strahlerelementen ist erfindungsgemäß ein passives Bauteil beispielsweise in Form eines großen Reflektors oder in Form einer Linse vorgesehen, dessen bzw, deren Abmessungen so groß sind, daß die entsprechende Schärfe des Strahlenbündels erreicht wird. Bevorzugtermaßen wird ein großer Reflektor verwendet. Durch die Erfindung wird ferner ein System zum Einweisen von Fahrzeugen, insbesondere von Flugzeugen, längs eines vorbestimmten Weges, beispielsweise auf eine Landebahn hin, vorgeschlagen, welches eine neuartige Antenne enthält.An antenna arrangement built according to this basic principle comes with significantly fewer radiator elements than with the previous ones known antennas with an array of adjustable phase radiators were necessary. For a practical example are, for example, around 800 radiator elements compared to around 11,000 radiator elements in conventional antennas of this type provided with a comparable opening of the directional characteristic. To achieve a narrow beam Using a relatively small arrangement of radiator elements, a passive component is, for example, according to the invention provided in the form of a large reflector or in the form of a lens whose dimensions are so large, that the appropriate sharpness of the beam is achieved. A large reflector is preferably used. Through the The invention also relates to a system for instructing vehicles, in particular aircraft, along a predetermined path, for example, on a runway, proposed which contains a novel antenna.
Im übrigen bilden zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung Gegenstand der anliegenden Patentansprüche.In addition, they form expedient refinements and developments The invention is the subject of the accompanying claims.
Es wird eine geeignete Anordnung geschaffen, welche die Erzeugung von Phasenversohiebungs-Befehlssignalen ermöglicht, um die Phasenlage der von den jeweiligen Strahlerelementen der Anordnung ausgehenden Strahlung in solcher Weise zu steuern, daß diese Strahlung^ unter veränderbarem Winkel die Oberfläche des Reflektors abtastet und von dem Reflektor als das gewünschte, scharfe Strahlenbündel reflektiert wird, wobei trotzdem die Gestalt des Strahlenbündels und die Form der Öffnung bezüglich der aktiven Strahlung erhalten bleiben. Eine Fläche, welche die geeignete Gesetzmäßigkeit aufweist, um diese Wirkungsweise desA suitable arrangement is created which enables the generation of phase shift command signals enables the To control the phase position of the radiation emanating from the respective radiator elements of the arrangement in such a way that this Radiation ^ at a variable angle the surface of the reflector is scanned and reflected by the reflector as the desired, sharp beam, regardless of the shape of the beam and the shape of the opening with respect to the active radiation are retained. An area that is the most suitable Has regularity to this mode of action of the
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Antennensystems zu erzeugen, ist eine Kegelschnittfläche, insbesondere ein Rotationshyperboloid und demgemäß ist die Oberfläche eines Reflektors in einer bevorzugten Aus führungsform der Erfindung eine Rotationshyperboloid-Oberfläche. To generate antenna system is a conic section surface, in particular a hyperboloid of revolution and accordingly the surface of a reflector in a preferred embodiment of the invention is a hyperboloid of revolution.
Ein Strahlungs-Zielverfolgungs oder -Erfassungssystem, welches mit sämtlichen Formen elektromagnetischer Strahlungsenergie sowie mit akustischer Energie arbeiten kann, läßt sich erfindungsgemäß in der Weise aufbauen, daß mittels durch einen Rechner erzeugter Signale die erforderliche Phasenverschiebung für die einzelnen Strahlerelemente zur Auswahl der in diesen einzelnen Strahlerelementen erforderlichen Phasenverschiebung erzeugt werden, derart, daß die Lage und Anordnung der Strahlerelemente relativ zu dem Reflektor berücksichtigt wird, so daß ein Antennensystem mit begrenztem Abtastbereioh und mit scharfem Strahlenbündel hergestellt werden kann. Es wurde außerdem gefunden, daß die Anordnung strahlender Elemente vorzugsweise entsprechend einer gekrümmten Fläche oder in einem einfachen Falle entsprechend einer zylindrischen Fläohe vorgesehen sein soll, um die Bildung des Abtaststrahles zu erleichtern.A radiation target tracking or detection system which can work with all forms of electromagnetic radiation energy as well as with acoustic energy, according to the invention build in such a way that by means of signals generated by a computer, the required phase shift for the individual Radiator elements are generated to select the phase shift required in these individual radiator elements, such that the position and arrangement of the radiator elements relative to the reflector is taken into account, so that an antenna system manufactured with limited scanning range and with a sharp bundle of rays can be. It was also found that the arrangement radiating elements preferably corresponding to a curved surface or in a simple case corresponding to a cylindrical surface should be provided in order to facilitate the formation of the scanning beam.
Es sei noch hervorgehoben, daß gemäß einer bevorzugten Ausführung s form der Erfindung die Steuerung der Phasenverschiebung zwar so erfolgt, daß die Wellenfront der Strahlung, welche von den zuvor erwähnten Strahlerelementen ausgeht, um iuerhin etwa - 50 Grad gelenkt wird, während die Richtung des von dem Reflektor ausgehenden Strahles nur eine Ablenkung von - 10 Grad erfährt, was auf der konkaven Form der Fläche des Reflektors gemäß diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel und der Anordnung der Strahlerelemente relativ zu dieser Fläche beruht. Eine mit den Merkmalen der Erfindung ausgestattete Antenne hat also die Wirkung, den Abtastwinkel der Strahlungsstrahlen zu verkleinern, während die für die Strahlung wirksame Öffnung und die Richtcharakteristik gegenüber der Anordnung von Strahlerelementen selbst vergrößert werden können.It should also be emphasized that, according to a preferred embodiment of the invention, the control of the phase shift although it takes place in such a way that the wave front of the radiation emanating from the aforementioned radiator elements is approximately - 50 degrees while the direction of the is steered by the reflector outgoing beam is only deflected by -10 degrees, which is due to the concave shape of the surface of the reflector based on this preferred embodiment and the arrangement of the radiator elements relative to this surface. One with the Features of the invention equipped antenna has the effect of reducing the scanning angle of the radiation beams, while the opening effective for the radiation and the directional characteristic compared to the arrangement of radiator elements can even be enlarged.
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Nachfolgend werden Auslührungsbeispiele unter Hinweis auf besondere Vorteile und bedeutsame Merkmale unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The following are exemplary embodiments with reference to special Advantages and significant features explained in more detail with reference to the drawing. Show it:
Figur 1Figure 1
Figur 2Figure 2
Figur 3Figure 3
Figur figure kk
Figuren
und 6 characters
and 6
eine perspektivische Darstellung eines Radar-Verfolgungssystems mit einer die Merkmale nach der Erfindung aufweisenden Antenne sowie mit weiteren Bauteilen des Radarsystems, welohe als Blockschaltbild gezeigt sind,Figure 3 is a perspective view of a radar tracking system with an antenna having the features of the invention and with further components of the radar system, which are shown as a block diagram,
eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der passive Reflektor durch eine passive Linse ersetzt ist,another embodiment of the invention, at which the passive reflector is replaced by a passive lens,
ein weiteres AusfUhrungsbeispiel der Erfindung, bei welchem im Gegensatz zur vorstehend erwähnten Ausführungsform eine aktive Linse mit einer Vielzahl von Phasenschiebern zusammen mit einem aktiven Reflektor vorgesehen ist, der in ähnlioher Weise eine Vielzahl von Phasenschiebern enthält, another exemplary embodiment of the invention, in which, in contrast to the aforementioned embodiment, an active lens with a A plurality of phase shifters is provided along with an active reflector, which in similar Way contains a large number of phase shifters,
eine graphische Darstellung zur Erläuterung der geometrisohen Beziehungen zwisohen den einzelnen Elementen zum Zwecke der Ableitung der mathematischen Ausdrücke, welche von dem Rechner in dem System nach Figur 1 zur Ermittlung der Phasenverschiebungs-Befehlssignale für die einzelnen Phasenschieber in der Antenne nach Figur 1 verwendet werden müssen,a graphical representation to explain the geometrical relationships between the individual Elements for the purpose of deriving the mathematical expressions used by the calculator in the system of Figure 1 for determining the phase shift command signals for the individual Phase shifters must be used in the antenna according to Figure 1,
Abbildungen, welohe zwei Arten der Verzerrung der aktiven Antennenöffnung zeigen, die duroh eine unriohtige Anpassung der gekrümmten Reflektorfläche an die Wellenfront oder an die Fläche gleicher Phasenlage der Strahlung verursacht sind, welche von einer bestimmten Anordnung von Phasenschiebern des Antennensystems nach Figur L auf den Reflektor auftrifft,Figures showing two types of distortion of the active antenna aperture that are duroh an incorrect adaptation of the curved reflector surface to the wavefront or to the surface the same phase position of the radiation caused by a certain arrangement of phase shifters of the antenna system according to Figure L impinges on the reflector,
) 0 <) ii I B / I 0 ί) 3) 0 <) ii I B / I 0 ί) 3
Figuren
7A und 7Bcharacters
7A and 7B
Figur 8Figure 8
Figur 9Figure 9
Figur 10Figure 10
Figur 11Figure 11
Figur 12Figure 12
Figur 13Figure 13
6 22A83256 22A8325
eine Abbildung zur Erläuterung der Abständean illustration to explain the distances
* ■■■■■■* ■■■■■■
und der Abmessungen von Bauteilen eines Antennensystems mit den Merkmalen der Erfindung gemäß einer vorteilhaften AusfUhrungsform in Aufsioht und in Seitenansicht,and the dimensions of components of an antenna system with the features of the invention according to an advantageous embodiment in Upright and in side view,
eine geometrisohe Darstellung, welche zur Aufstellung eines Strahlsteuerungsprogramms zweckmäßig ist und zur Bestimmung der Koeffizienten für die Reohner-gesteuerte Phasenverschiebung zur Strahlsteuerung in einem Antennensystem nit den Merkmalen der Erfindung dient,a geometrical representation, which is used to set up a beam control program is appropriate and to determine the coefficients for the Reohner-controlled phase shift for beam control in an antenna system nit serves the features of the invention,
ein BlookschaltbiId einer Strahlsteuerungsein— riohtung zur Erzeugung der die Phasenverschiebung beeinflussenden Steuersignale für eine erfindungsgemäße Antenne,a block diagram of a beam control unit Direction for generating the control signals influencing the phase shift for a antenna according to the invention,
ein schematisohes Schaltbild der Steuerschaltung für die Phasenverschieber in dem Antennensystem mit den Merkmalen der Erfindung,a schematic circuit diagram of the control circuit for the phase shifters in the antenna system with the features of the invention,
Zeitdiagramme zur Erläuterung der Vorgänge in der Schaltung gemäß Figur 10,Time diagrams to explain the processes in the circuit according to FIG. 10,
eine schematische Vorderansicht einer Linse für eine Antenne mit den Merkmalen der Erfindung, wobei die Verteilung der Erwärmung innerhalb der Linse und die erforderliche Breite der Impulse angedeutet sind, die zur Erzeugung eines zusätzlichen Flusses im magnetischen Material der Phasenschieber der Linse notwendig sind, um die Wirkung der unterschiedlichen Erwärmung der Phasenschieber zu kompensieren und schließlicha schematic front view of a lens for an antenna with the features of the invention, being the distribution of heating within the lens and the required width of the Pulses are indicated which are used to generate an additional flux in the magnetic material the phase shifters of the lens are necessary to the effect of the different heating the phase shifter to compensate and finally
ein Zeitdiagramm für das in Figur 1 gezeigte System.a timing diagram for the system shown in FIG.
J 0 f) H I Γ) / I 0 9 Ί J 0 f) HI Γ) / I 0 9 Ί
In Figur f ist ein Leitsystem 30 abgebildet, welches Daten über eine Strahlungsquelle abzuleiten vermag und welches eine Antennenanordnung 32 mit den Merkmalen der Erfindung enthält, wobei diese Antenne im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Strahlungsquelle ein Flugzeug 34 erfaßt, welohes auf einer in der Nähe der. Antenne 32 gelegenen Landebahn 36 landen soll. Die Antenne 32 enthält bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Reflektor 38, eine Linse 40 und einen Hornstrahler 42, von welchem aus Strahlung durch die Linse 40 hindurch auf den Reflektor 38 gerichtet wird, von wo sie zu dem Flugzeug 34 hin reflektiert wird. Der Reflektor 38 ist wesentlich größer als ein von der Strahlung 44 getroffener Bereioh, welcher nachfolgend als die aktive Öffnung 46 bezeichnet wird, derart, daß die aktive Öffnung 46 eine Abtastung des Reflektors 38 durchführen kann. Außerdem ist die aktive Öffnung 46 größer als die Linse 40, so daß ein schärferes Strahlenbündel und eine schärfere Richtcharakteristik der Antenne 32 erreicht werden können. Die Oberfläche des Reflektors 38 ist in der noch zu beschreibenden Weise gekrümmt, derart, daß aktive Öffnungen 46 im wesentlichen gleichbleibender Gestalt mit im wesentlichen gleichbleibender Strahlungsverteilung mit Bezug auf die Blickrichtung längs der Achse des vom Reflektor ausgehenden Strahlenbündels unabhängig von der Lage dieser aktiven Öffnungen 46 auf dem Reflektor 38 erhalten werden. Eine solche Gleichheit der aktiven Öffnungen 46 ist zur Erzielung präziser Daten über die Lage und die Richtungen der Flugzeuge 34, welche auf der Landebahn 36'landen sollen, sehr wichtig. In Figure f, a control system 30 is shown, which is able to derive data about a radiation source and which contains an antenna arrangement 32 with the features of the invention, this antenna in the present embodiment as a radiation source detects an aircraft 34, which is on a near the. Runway 36 located at antenna 32 is to land. Antenna 32 includes a reflector 38, a lens 40 and a horn 42 is directed from which radiation through the lens 40 through the reflector 38, from where it is reflected to the plane side 34 in this embodiment of the invention. The reflector 38 is significantly larger than a region struck by the radiation 44, which is hereinafter referred to as the active opening 46, in such a way that the active opening 46 can carry out a scanning of the reflector 38. In addition, the active opening 46 is larger than the lens 40, so that a sharper beam and a sharper directional characteristic of the antenna 32 can be achieved. The surface of the reflector 38 is curved in the manner still to be described, in such a way that active openings 46 of essentially constant shape with essentially constant radiation distribution with respect to the viewing direction along the axis of the beam emanating from the reflector regardless of the position of these active openings 46 on the reflector 38 can be obtained. Such equality of the active openings 46 is very important in order to obtain precise data about the position and the directions of the aircraft 34 which are to land on the runway 36 ′.
Die Linse 40 enthält Bereiche, welche der einfallenden Strahlung unterschiedliche Beträge der Phasenverschiebung aufprägen, wobei diese phasenversohiebenden Bereiche von einer Vielzahl von Phasenschiebern 48 gebildet sind, die normal zu der Innenfläche 50 und der Außenfläche 52 der Linse 40 ausgerichtet sind. Der Hornstrahler 42 hat solchen Abstand von der Linse 40, daß eine gewölbte oder bogenförmige Wellenfront, welche von dem Hornstrahler 42 ausgeht, beim Auftreffen auf die Innenfläche der LinseThe lens 40 contains regions which impress different amounts of phase shift on the incident radiation, with these phase shifting areas of a multitude of Phase shifters 48 are formed which are oriented normal to the inner surface 50 and the outer surface 52 of the lens 40. Of the Horn antenna 42 has such a distance from the lens 40 that a curved or arcuate wave front, which from the horn antenna 42 goes out when hitting the inner surface of the lens
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vorzugsweise im wesentlichen in dieser gekrümmten Innenfläche zu liegen kommt. Die Energie wird von dieser Wellenfront an jeden der Phasenschieber 48 übertragen und pflanzt sich duroh die Phasenschieber 48. hinduroh fort, um an der Außenfläche 52 der Linse 40 wieder auszutreten. Die Phasenschieber 48 haben vorzugsweise Halteeigensohaft, wobei ein Perritwerkstoff nit einer im wesentlichen rechteckigen Hysteresis verwendet wird, so daß elektrische Signale zur Steuerung der Phasenschieber über Leitungen 54 nur augenblicklich zugeführt werden müssen, um die Phasenverschiebung, welche der sich durch jeden Phasenschieber 48 ausbreitenden Energie aufgeprägt werden soll, einzustellen, wonaoh jeder Phasenschieber 48 die Phasenversohiebungseigensohaft beibehält, bis über die Leitungen 54 weitere Steuersignale zugeführt werden. Beispielsweise können Phasenschieber 48 jeweils zwei Wicklungen enthalten, welche derart um den Ferritwerkstoff gelegt sind, daß eine dieser Wicklungen zur Rückstellung des Ferritwerkstoffs auf einen Bezugszustand der Magnetisierung verwendet werden kann, während die zweite Wicklung mit einem Spannungsimpuls vorbestimmter Dauer beaufschlagt werden kann, um einen bestimmten Magnetisierungszustand in dem Ferritwerkstoff zu erzeugen, der zu der gewünsohten Phasenverschiebung führt. Diesbezügliche Erläuterungen werden nachfolgend im Zusammenhang mit Figur 10 gegeben.preferably essentially in this curved inner surface comes to rest. The energy is transferred from this wavefront to each of the phase shifters 48 and is planted through them Phase shifter 48 continues to exit again at outer surface 52 of lens 40. The phase shifters 48 preferably have Holding properties, whereby a Perritwerkstoff nit an im essentially rectangular hysteresis is used, so that electrical signals to control the phase shifter via lines 54 only need to be fed instantaneously to adjust the phase shift, which of the propagating through each phase shifter 48 Energy is to be impressed to adjust where each phase shifter 48 retains the phase shift property, until further control signals are supplied via lines 54. For example, phase shifters 48 can each contain two windings, which are so around the ferrite material are laid that one of these windings is used to reset the ferrite material to a reference state of magnetization can be, while the second winding with a voltage pulse of predetermined duration can be applied to a certain magnetization state in the ferrite material to generate, which leads to the desired phase shift. Explanations in this regard are given below in connection given with Figure 10.
Die in der nachfolgend angegebenen Weise erzeugten Phasenverschiebungssignale werden über die Steuerleitungen 54 zur Einstellung der Phasenverschiebung jedes Phasenschiebers 48 derart zugeführt, daß die von der Außenfläche 52 der Linse 40 abgegebene Strahlungsenergie in einer vorbestimmten Richtung zu einem Teil des Reflektors 38 gelangt, von dem sie in einer gewünschten Richtung reflektiert wird. Vorzugsweise werden die Phasenschieber kti genügend nahe zusammengerückt, daß sioh innerhalb eines Bereiches von - 50 Grad, über einen Bereich also, über welchen die von der Linse 40 ausgehende Strahlung eine Abtastung durchführen soll, keine Wirkung einer gitterartigen Anordnung von Maxima und Minima einstellt. Das resultierende Strahlenbündel 56,The phase shift signals generated in the manner indicated below are fed via the control lines 54 for setting the phase shift of each phase shifter 48 in such a way that the radiant energy emitted by the outer surface 52 of the lens 40 reaches a part of the reflector 38 in a predetermined direction, from which it is in is reflected in a desired direction. The phase shifters kti are preferably moved sufficiently close together that a grid-like arrangement of maxima and minima does not result in a grid-like arrangement of maxima and minima within a range of -50 degrees, i.e. over a range over which the radiation emanating from lens 40 is to perform a scan. The resulting bundle of rays 56,
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welches durch Reflexion der auf die konkave Fläohe des Reflektors 38 auftreffenden Strahlung erzeugt wird, führt jedoch nur eine Abtastbewegung über einen Winkelbereioh von - 10 Grad duroh, so daß. die Linse 40 und der Reflektor 38 offenbar im Sinne einer Verkleinerung des Abtastwinkels zusammenwirken. Trotz des begrenzten Abtastbereiches der Antenne 32 ist eine Vielfaoh-Verfolgung oder -Leitung von Flugzeugen 34 in dem allgemeinen Nahbereich des Anflugweges zur Landebahn 36 duroh einfaches Nachführen des Strahlungsstrahles 56 möglich. Das System 30 sprioht sowohl auf einen Strahlungsstrahl 56 aufgrund einer Reflexion an dem Flugzeug 34 als auch auf die innerhalb des Flugzeugs 34 etwa erzeugte Strahlung, beispielsweise von einer Wiederholerbake, an.which is generated on the concave Fläohe of the reflector 38 by reflecting the incident radiation, but performs only a scanning movement over a Winkelbereioh of - 10 degrees duroh so that. the lens 40 and the reflector 38 apparently cooperate in the sense of reducing the scanning angle. Despite the limited scanning range of the antenna 32, it is possible to track or guide aircraft 34 in the general vicinity of the approach path to the runway 36 by simply tracking the radiation beam 56. The system 30 sprays both on a radiation beam 56 due to a reflection on the aircraft 34 and on the radiation generated within the aircraft 34, for example from a repeater beacon.
Eine Basis 58 hat mit einer Stützkonstruktion 60 zur Halterung des Reflektors 38 Verbindung, wobei die Stützkonstruktion 60 dem Reflektor 38 auoh eine bestimmte Formstabilität verleiht, selbst wenn Windkräfte wirksam sind. Die Basis 58 ist mit einem Seitenarm 62 versehen, an welchem über eine Gelenkstelle 66 ein Arm 64 gelagert ist. Der Arm 64 ist, wie duroh die gestriohelten Linien 68 und 70 angedeutet wird, konstruktiv mit der Linse 40 und dem Hornstrahler 42 verbunden, um diese Bauteile in bestimmter relativer Lage zu dem Reflektor 38 zu halten. Diese vorbestimmte Lage kann mittels eines Motors 72 verändert werden, der in an sich bekannter, nioht dargestellter Weise erregt werden kann, um den Arm 64 um den Seitenarm 62 zu verschwenken; so daß der Abstand zwisohen der Linse 40 und dem Reflektor 38 verändert werden kann. Es sei in diesem Zusammenhang erwähnt, daß dss Verschwenken des Armes 64 um den Seitenarm 62 zweckmäßig einen Einstelleffekt hat, duroh welchen die Breite des Strahlenbündels 56 und seine aktive Öffnung 46 verändert werden können.A base 58 has a support structure 60 for support of the reflector 38 connection, the support structure 60 also giving the reflector 38 a certain dimensional stability, itself when wind forces are effective. The base 58 is with a side arm 62 provided on which an arm via a hinge point 66 64 is stored. The arm 64 is like through the streaked lines 68 and 70 is indicated, structurally connected to the lens 40 and the horn antenna 42 in order to give these components a certain relative position to the reflector 38 to keep. This predetermined position can be changed by means of a motor 72, which in on can be energized in a known manner, not shown, to pivot arm 64 about side arm 62; so that the distance between the lens 40 and the reflector 38 can be changed. It should be mentioned in this context that the pivoting of the arm 64 to the side arm 62 expediently has an adjustment effect, duroh which the width of the beam 56 and its active opening 46 can be changed.
Der Hornstrahle-r 42 ist vorzugsweise für Einimpuls-Speisung ausgelegt und kann vier Wellenieitungsabsohtii-tte enthalten, welche mit einer elektronischen. Einheit 74 über eine Gruppe von vier We1LenLeitungen verbunden sind, die in Figur 1 durch die LinienThe horn beam-r 42 is preferably designed for single-pulse feeding and can contain four wave guides, which with an electronic. Unit 74 over a group of four Wave lines are connected in Figure 1 by the lines
- ο- ο
) 0 i) Il I 1J / I 0 ) )) 0 i) Il I 1 J / I 0))
76 angedeutet sind. Jede der Leitungen 76 Überträgt einen Teil des von dem Hornstrahler 42 auegesendeten oder empfangenen Signales und bezüglich der empfangenen Signale gilt, daß ein Phasenunterschied zwischen den Signalen von je einer der Leitungen 76 eine Information bezüglich Höhenwinkel-Abweichung und Azimuthwinkel-Abweiohung des Flugzeugs 34 von der Mitte des Strahles enthält.76 are indicated. Each of the lines 76 carries a portion of the signal sent out or received by the horn antenna 42 and with respect to the received signals, there is a phase difference between the signals from each of the lines 76 information relating to elevation angle deviation and azimuth angle deviation of the aircraft 34 from the center of the beam.
Die elektronische Einheit 74 enthält einen Wellenleitungs-Vergleicher 78, einen Sender 80, einen Empfänger 82, eine Sende-Emp fang s-We ic he 8Ai1 welche im Summenkanal des Wellenleitungs-Vergleiohers 78 liegt und den Wellenleitungs-Vergleioher 78 mit dem Sender 80 und dem Empfänger 82 verbindet, ferner eine Signalverarbeitungseinheit 8V, einen Reohner 86, eine Strahlsteuerungseinheit 88, ein Wiedergabegerät 90, ein Steuerpult 92, über welches eine Bedienungsperson die Eingabe von Daten, welche auf dem Wiedergabegerät 90 dargestellt und von dem Reohner 86 verarbeitet werden, steuern kann und schließlich eine Zeitgebereinheit 94, welohe Taktsignale über die Leitungen 96, 98, 100 und 102 überträgt, um die jeweiligen Vorgänge in der Strahlsteuerungseinheit 88, dem Wiedergabegerät 90, dem Reohner 86 und der Signalverarbeitungseinheit 84 zeitlioh zu steuern und zu synchronisieren. The electronic unit 74 contains a waveguide comparator 78, a transmitter 80, a receiver 82, a transceiver switch 8Ai 1 which is in the sum channel of the waveguide comparator 78 and the waveguide comparator 78 with the transmitter 80 and the receiver 82, furthermore a signal processing unit 8V, a Reohner 86, a beam control unit 88, a playback device 90, a control desk 92, via which an operator can input data that is displayed on the playback device 90 and processed by the Reohner 86, and finally a timer unit 94, which transmits clock signals over the lines 96, 98, 100 and 102 in order to time-control and synchronize the respective processes in the beam control unit 88, the playback device 90, the receiver 86 and the signal processing unit 84.
Der Wellenleitungs-Vergleicher 78 und der Hornstrahler 42 sind vorteilhaft als eine einzige Baueinheit ausgebildet, welohe als Mehrfachmodus-Einimpuls-Strahler und Vergleioher ausgebildet ist, wie dies etwa in der Veröffentlichung von Peter Harmon, "Transactions of the Institute of Radio Engineers Professional Group on Antennas and Propagation", September 1961, beschrieben ist, wobei sich Schwingungen höherer Ordnung in einem Hornstrahler, beispielsweise dem Strahler 42 ausbreiten. Es ist bekannt, daß eine solche Konstruktion sowohl in der Summen- als auch in der Differenz-Itichtoharakteristlk im wesentlichen gleiche Aufspreizung/. Der Vergleioher 7H enthalt beispielsweise bekannt· Hybrlil-Miiichet-, U hut welche ilie Leitungen ~}ύ miteinander vorbuii-The waveguide comparator 78 and the horn radiator 42 are advantageously designed as a single structural unit, which is designed as a multiple mode single-pulse radiator and comparator, such as in the publication by Peter Harmon, "Transactions of the Institute of Radio Engineers Professional Group on Antennas and Propagation ", September 1961, is described, with higher order vibrations propagating in a horn antenna, for example the antenna 42. It is known that such a construction has essentially the same spreading in both the sum and difference characteristics. The comparator 7H contains, for example, the known Hybril-Miiichet-, U hut which ilie lines ~} ύ with one another
M)1IHM) 1 IH
den sind, Tim die arithmetischen Operationen ssma- Bildung der Differenz zwischen den Signalen auf den Leitungen "?6 zur Anleitung des Höhenwinkel—Differenzsignales für die Leitung i©4 und des Azlmuthwinkel—Differenasignales für die Leitung 1©6 auszuführen, während die Summe der Signale von allen vier -Leitungen 76 * das.Signal des zuvor erwähnten Summenkanales für die Leitung 108 Bildet. Die Sende-Empfangs-Weliolie 8%, die üblicher Bauart sein' kann, gestattet die Weiterleitlang des Signales des Senders 8C iioer die Leitungen iiO and 108 z» dem Wellenleitnngs-Vergleicher 78 und von dort zum Hornstrahler 42, während der Empfänger 82 von diesen Signalleitungsweg abgetrennt hlellbt. Beim Empfang leitet demgegenüber die Sende-Empfangs-Weiche 84 ein auf der Leitung 108 erscheinendes Signal zu des Empfänger 82» Letzterer kann ein üblicher Dreikanal-Empfänger sein, der Jiber die Leitung 112 HiJhenwinkel- und Amimuthwiankel-Fehlersignale zu dem Rechner 86 abgibt, der diese Baten sodann zur neuerlichen Ausrichtung de« Strahles 56 sum Zwecke der Yerfolgung des Flugzeuges 34 auswertet. Ereoheinen mehrer« Flugzeuge 3% iaa dem Bereich des Strahlenbündels 56, so können filier die Leitung 113 Bereitohe-Sohaltsignale zugeführt w*rd«n, die «ine bereichsmäßlg© Verfolgung der einzelnen Flugzeuge ermöglichen. Außerdem wird das von dem Summenkanal «,Iwiehmbare Signal in der Signalverarbeitungseinheit 84V weiterbehandclt, welche I»pul*kompressionsschaltung«n enthalten , kann, um eine Unterscheidung zwischen Flugzeugen vornehmen zu können, die bereichsmäßig ganz nahe beieinanderliegen, oder die Signalverarbeitungseiniielt 84a kann sich die Korrelationstechnik zunutze machen, bei welcher ein geringe Leistung besitzendes Doppel des Sendesignalee als Bezugssignal über die Leitung 114 bezogen wird und zu einer Korrelation verwendet wird, um be— relchsmäßig nahe beie!nanderliegende Flugzeuge unterscheiden zu können. Die BereIcMsinformation, welche durch dl® zeitliche Beziehung des empfangenen Signales und des Taktsignales auf der Leitung 102 bestimmt wird, gelangt über die Leitung 116 zu dem Rechner H1S9 BIe Steuerung des StrahlemMindels 5& ©rialgt über Winkelelnstellurags—Befehlssignale, weiche v©m dean ffleasliner 86 erzeugt werden und über die Leitung HB zu der Strahlsteuerungs-are to perform the arithmetic operations ssma - formation of the difference between the signals on the lines "? 6 for the guidance of the elevation angle difference signal for the line i © 4 and the Azlmuthwinkel difference signal for the line 1 © 6, while the sum of the Signals from all four lines 76 * form the signal of the aforementioned sum channel for line 108. The transmit / receive tube 8%, which can be of conventional design, allows the signal from the transmitter 8C to be passed on via the lines iiO and 108 to the waveguide comparator 78 and from there to the horn antenna 42, while the receiver 82 is separated from this signal conduction path be a conventional three-channel receiver, which sends HiJhenwinkel and Amimuthwiankel error signals via line 112 to the computer 86, which then sends these data to the ne The external alignment of the beam 56 is evaluated for the purpose of tracking the aircraft 34. If several aircraft are in the area of the bundle of rays 56, then the line 113 can be supplied with ready-to-stop signals which enable the individual aircraft to be tracked in certain areas. Moreover, that is "weiterbehandclt, Iwiehmbare signal in the signal processing unit 84V which I" of the sum channel pul * compression circuit "n contained, may be able to make a distinction between aircraft that together are very close range as standard, or Signalverarbeitungseiniielt 84 a can make use of the correlation technique, in which a low-power double of the transmission signal is obtained as a reference signal via the line 114 and is used for a correlation in order to be able to distinguish relatively closely spaced aircraft. The area information, which is determined by the time relationship of the received signal and the clock signal on the line 102, arrives via the line 116 to the computer H 1 S 9 BIe control of the StrahlemMinder 5 & © rialgt via Winkelelnstellurags command signals, soft v © m dean ffleasliner 86 and via line HB to the beam control
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einheit 88 übertragen werden. Die Strahlsteuerungseinheit 88 erzeugt in Abhängigkeit von diesen Winkeleinstellungssignalen die Gruppe von zuvor erwähnten Phasenverschiebungs-Efefehlssignalen, welche über die Leitungen 54 den einzelnen Phasensohiebern 48 zugeführt werden.unit 88 can be transferred. The beam steering unit 88 generates depending on these angle adjustment signals, the group of aforementioned phase shift command signals which The individual phase shifters 48 are supplied via the lines 54 will.
Oft ist es wünschenswert, ein Luftraum-Überwachungsradargerät 120 mit einer Antenne 122 und einem Strahler oder einer Zuführung 124 einzusetzen, welche um einen Sockel 126 rotieren, um die Positionskoordinaten eines Flugzeugs, nämlich Entfernung, Höhenwinkel und Azimuthwinkel sowie die Ableitungen hiervon über eine Leitung 128 abzugeben. Ein bekannter Koordinatenumsetzer 130 rechnet diese Werte der Positionskoordinaten auf eine Gruppe von Werten um, welche der Lage der Antenne 32 entsprechen. Diese umgeordneten Koordinatenwerte werden dann über die Leitung 132 zum Steuerpult 92 übermittelt, um über die Leitung 134 in das Wiedergabegerät 90 zu gelangen, so daß die Lage des Flugzeugs in der Nähe der Landebahn 36 dargestellt werden kann. Außerdem gelangen die umgerechneten Werte über die Leitung 136 in den Rechner 86, wodurch die Verfolgung eines solchen Flugzeuges entsprechend der an dem Steuerpult 92 getroffenen Auswahl eingeleitet wird.It is often desirable to have an air surveillance radar device 120 with an antenna 122 and a radiator or feeder 124, which rotate around a base 126 to the position coordinates of an aircraft, namely distance, elevation angle and azimuth angle as well as the derivatives thereof via to deliver a line 128. A known coordinate converter 130 calculates these values of the position coordinates into a group of values which correspond to the position of the antenna 32. These rearranged coordinate values are then sent over the line 132 to the control panel 92 to be transmitted over the line 134 to get into the playback device 90 so that the position of the aircraft in the vicinity of the runway 36 can be displayed. aside from that the converted values reach the computer 86 via the line 136, thereby enabling the tracking of such an aircraft is initiated according to the selection made on the control panel 92.
In Figur 2 ist eine andere Ausführungsform einer mit den Merkmalen der Erfindung ausgestatteten Antenne gezeigt, welche einen Hornstrahler 138, eine-Linse 140 mit einer Vielzahl von Phasensohiebern 142 zur Ausrichtung der von dem Hornstrahler 38 abgegebenen Strahlung und eine Linse 144 enthält, welohe aus keramischem Werkstoff oder aus Kunststoff oder auch aus zueinander parallelen, im Abstand voneinander gelegenen Wellenleiterabschnitten 146 hergestellt ist, welche schematisch angegeben sind, wobei die Linse 144 die Strahlung, welche durch die Linse 140 gedrungen ist, ausrichtet. Die Linse 144 ist derart konvex ausgebildet, daß die Strahlungsstrahlen, welche auf den mittleren Teil der Linse 144 auftreffen, gegenüber den StrahlungsstrahJen, die nahe dem Rand der Linse 144 auftreffen, eine Verzögerung er-In Figure 2, another embodiment is one with the features The antenna equipped with the invention is shown, which has a horn antenna 138, a lens 140 with a plurality of phase shifters 142 for aligning the output from the horn 38 Radiation and a lens 144 contains, welohe made of ceramic material or plastic or from each other parallel waveguide sections 146 located at a distance from one another are produced, which are indicated schematically, lens 144 directing radiation that has passed through lens 140. The lens 144 is convex in such a way that that the radiation rays which strike the central part of the lens 144 are opposite to the radiation rays, impinging near the edge of the lens 144, a delay occurs.
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fahren, um die zuvor erwähnte Ausrichtung oder Kollimation zu erreichen. Es ,sei Demerkt," daß die Linse 144 und. die Linse 140 in entsprechender Weise zusammenwirken, wie bei der Ausführungsform nach Figur 1 der Reüektor 38 und die Linse 40. drive to achieve the aforementioned alignment or collimation. Note that the lens 144 and the lens 140 interact in a corresponding manner, as in the embodiment according to FIG. 1, the reflector 38 and the lens 40.
In Figur 3 ist nochmals eine andere Ausführungsform der Erfindung gezeigt, oei welcher die Linse 40 gemäß Figur 1 durch einen Hilfsreflektor 148 ersetzt ist, der eine Anordnung von Phasensohiebern 150 enthält, um die von' dem Hornstrahler 152 aus auf ihn fallende Strahlung auf einen Reflektor 154 hinzulenken, wobei der Hilfsreflektor 148 eine Steuerung der einzelnen Strahlungsstrahlen in entsprechender Weise bewirkt,, wie die Linse gemäß Figur 1. In den beiden in Figur 2 und Figur 3 gezeigten Ausführungsformen sind die einzelnen Bauteile der Antenne durch an sich bekannte Halterungskonstruktionen abgestützt und gehaltert, welche aber in den Zeichnungen nicht gezeigt sind. Ferner versteht es sich, daß der Reflektor 154 gemäß Figur 3 auch durch eine Linse entsprechend der Linse 154 nach Figur 2'ersetzt werden kann. In Figure 3 is yet another embodiment of the invention shown, oei which the lens 40 according to Figure 1 by a Auxiliary reflector 148 is replaced, which has an arrangement of phase shifters 150 contains to 'the horn 152 from It directs incident radiation onto a reflector 154, the auxiliary reflector 148 controlling the individual radiation beams effected in a corresponding manner, like the lens according to FIG. 1. In the two shown in FIG. 2 and FIG Embodiments, the individual components of the antenna are supported and held by mounting structures known per se, but which are not shown in the drawings. Furthermore, it goes without saying that the reflector 154 according to FIG a lens corresponding to the lens 154 according to FIG. 2 'can be replaced.
Wie zuvor schon erwähnt wurde, ist es eine grundsätzliche Eigenschaft der erfindungsgemäßen Einrichtung, daß etwa der Reflektor 38 nach Figur 1 so bestrahlt wird, daß die ak'tiven Öffnungen ihre Gestalt und die gleichförmige Bestrahlung ungeachtet ihrer Lage auf dem Reflektor 38 beibehalten. Dies wird duroh Auswahl einer entsprechenden Krümmung des Reflektors 38 und durch entsprechende Auswahl der gegenseitigen Lage und Ausrichtung des Reflektors 38, der Linse 40 und des Hornstrahlers 42 erreicht. Ein Verfahren zur Bestimmung der Krümmung und der genannten Lagen sei nachfolgend angegeben.As mentioned earlier, it is a fundamental property the device according to the invention that for example the reflector 38 according to FIG. 1 is irradiated in such a way that the active openings their shape and uniform irradiation regardless of their Maintain position on reflector 38. This is achieved by selecting a corresponding curvature of the reflector 38 and by corresponding Selection of the mutual position and alignment of the reflector 38, the lens 40 and the horn antenna 42 is achieved. A method for determining the curvature and the named positions is given below.
Der Reflektor 38 ist wesentlich größer als die Linse 40 und ist innerhalb des Nahfeldes der Linse 40 angeordnet, d.h. er befindet sich in genügend geringem Abstand von der Linse, so daß die Gesetzmäßigkeiten der Fresnel1sehen Optik zur Errechnung des Strahlenbündels 56 Gültigkeit haben, welches aus der Zusammen-The reflector 38 is much larger than the lens 40 and is arranged within the near field of the lens 40, ie it is located at a sufficiently small distance from the lens so that the principles of Fresnel 1 see optics for calculating the beam 56 are valid from the
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wirkung der Linse 40 mit dem Reflektor 38 resultiert, wobei diese Bauteile im wesentlichen als ein einziges Fokussierungselement wirksam sind, das aus zwei Teile lementen bestellt, nämlich der Linse 40 und dem Reflektor 38. Hierin ist eine Unterscheidung gegenüber bisher bekannten Systemen gegeben, bei welchen eine Vielzahl von Mikrowellenlinsen oder anderen Fokussierungselementen vorgesehen waren, um eine gewünsohte Fokussierung oder Ausrichtung eines Strahlenbündels zu erreichen. Bei bisher bekannten Systemen waren die Fokussierung se leinen te in einem be- . trächtliohen Abstand, im Frauenhoferbereich oder im Fern-Feldbereich gelegen, während die Bauelemente des vorliegenden Fokussierungssystems in dem Fresnel'schen Bereich oder im Nahfeld gelegen sind.Effect of the lens 40 with the reflector 38 results, these components essentially as a single focusing element are effective, the lementen ordered from two parts, namely the lens 40 and the reflector 38. Here is a distinction compared to previously known systems in which a large number of microwave lenses or other focusing elements were provided in order to achieve a desired focusing or alignment of a beam. With previously known Systems were focussing in one. Trächtliohen distance, in the Frauenhofer area or in the far field area located while the components of the present focusing system are located in the Fresnel area or in the near field.
Die Linse 40 ist mit einer gekrümmten Oberfläche versehen, um die Strahlung möglichst klein zu halten, welche unter einem Streifwinkel von den Phasenschiebern 48 zum Reflektor 38 gelangen soll. Hierduroh werden die Effekte einer gegenseitigen Kopplung zwischen den verschiedenen Phasenschiebern 48 gering gehalten und man erhält eine erhöhte Leistung der abgestrahlten Strahlung, da diese Strahlungsenergie in einer Richtung im wesentlichen senkreoht zur Stirnfläche der Phasenschieber 48 abgegeben werden kann, derart, daß ein verminderter Gewinn in der Richtcharakteristik jedes Phasenschiebers 48 in der Richtung eines Streifwinkels im wesentlichen vermieden wird. Die Krümmung der Linse 40 erleichtert auch das Auffangen der vom Hornstrahler ausgehenden Strahlung, welche den Hornstrahler 42 im wesentlichen in radialer Richtung verläßt, wobei sich eine gekrümmte, im wesentlichen sphärische Wellenfront ausbildet, die von den Phasenschiebern besonders leicht aufgefangen werden kann, wenn die Phasenschieber der Linse 40 mit ihrer Aufnahmefläche auf einer gekrümmten Fläche gelegen sind. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Abstand zwisohen der Linse 40 und dem Hornstrahler 42 so gewählt, daß die Linse im Fernfeld des Ilornstrahlers 42 liegt (der Abstand ist hierbei etwas größer als <,M /A, worin D die Diagonale der Öffnung des Hornstrahlers 42The lens 40 is provided with a curved surface in order to keep the radiation as small as possible, which is intended to reach the reflector 38 from the phase shifters 48 at a grazing angle. In this way, the effects of mutual coupling between the various phase shifters 48 are kept low and an increased output of the radiated radiation is obtained, since this radiant energy can be emitted in a direction essentially perpendicular to the end face of the phase shifter 48, so that a reduced gain in the Directional characteristic of each phase shifter 48 in the direction of a grazing angle is substantially avoided. The curvature of the lens 40 also facilitates the interception of the radiation emanating from the horn antenna which leaves the horn antenna 42 essentially in the radial direction, with a curved, essentially spherical wave front being formed which can be picked up particularly easily by the phase shifter when the phase shifter is used of the lens 40 are located with their receiving surface on a curved surface. According to a preferred embodiment, the distance between the lens 40 and the horn antenna 42 is chosen so that the lens lies in the far field of the horn antenna 42 (the distance here is slightly greater than <, M / A, where D is the diagonal of the opening of the horn antenna 42
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und Λ die Wellenlänge der abgegebenen Strahlung bedeuten).and Λ mean the wavelength of the emitted radiation).
Bei der Auswahl der Oberflächenkrümmung des Reflektors 38 ist es zweckmäßig, eine Fläche zu verwenden, die durch einen einfaohen mathematischen Ausdruck zu beschreiben ist,'beispielsweise eine Rotationshyperboloidfläche, bei welcher eine ganze Gruppe von gekrümmten Flächen in einfacher Weise durch zwei Parameter gekennzeichnet werden kann, beispielsweise durch die Exzentrizität und den Axialabstand zwischen einem Brennpunkt und dem Hyperboloid. Durch einfache Variation dieser Parameter sowie durch Veränderung der relativen Lagen von Reflektor 38 und Linse 40 zueinander können von einem Rechner wiederholte Unterprogramme durchgeführt werden, Um bestimmte Punkte auf der Linse 40 den entsprechenden Punkten in der aktiven Öffnung 46 zuzuordnen, beispielsweise Punkte längs einer senkrechten Linie und Punkte längs einer Horizontalen, derart, daß die allgemeine Gestalt der aktiven Öffnung 46 zu erkennen ist, ohne daß die Antenne 32 praktisch hergestellt zu werden braucht. Diese Zuordnung von Punkten auf der Linse 40 zu Punkten auf der aktiven Öffnung des Reflektors 3& sei jetzt beschrieben.When choosing the surface curvature of the reflector 38, it is expedient to use an area that is easy to use mathematical expression to describe is, 'for example a Hyperboloid surface of revolution in which a whole group of curved surfaces can be characterized in a simple manner by two parameters, for example by the eccentricity and the axial distance between a focal point and the hyperboloid. By simply varying these parameters as well as by changing them the relative positions of reflector 38 and lens 40 to one another Repeated subroutines can be performed by a computer to locate specific points on the lens 40 to assign corresponding points in the active opening 46, for example points along a vertical line and points along a horizontal line such that the general shape of the active opening 46 can be seen without the antenna 32 needs to be made practically. This assignment of Points on lens 40 to points on the active aperture of the reflector 3 & will now be described.
Betrachtet man Figur 4, so erkennt man die einzelnen Konstruktionslinien zur Durchführung der Zuordnung. Der erste Schritt ist die Bestimmung der Größe, Lage und Stellung der AnordnungIf you look at Figure 4, you can see the individual construction lines to carry out the assignment. The first step is to determine the size, location, and placement of the array
von Phasenschiebern in der Linse 40 nach Figur 1, welche hier durch ein Rechteck 156 angedeutet ist., Der Reflektor 38 ist in Figur 4 durch die Spur oder Schnittlinie einer Hyperboloidfläche 158 dargestellt. Bei dieser Anordnung ist ebenso wie bei der Ausführungsforro nach Figur 1 das Rechteck 156 gegenüber der Hyperboloidfläche 158 so versetzt, daß das von der Hyperboloidfläche 158 reflektierte Strahlenbündel nicht auf das Rechteck 156 treffen kann. Zunächst werden ein mittiges Strahlenbündel 160 und zwei extreme Strahlenbündel 162 und 164 näher betrachtet, welche Strahlenbündel der Strahlung in einem nicht abgelenkten Zustand, in einem AbIenkungszustand in Aziiuuthrichtung von + 10° und in einem Ab1enkungszustand in Azimuthrichtung vonof phase shifters in the lens 40 of Figure 1, which here is indicated by a rectangle 156., The reflector 38 is in FIG. 4 through the trace or section line of a hyperboloid surface 158 shown. This arrangement is the same as with the The embodiment according to FIG. 1 shows the rectangle 156 opposite the hyperboloid surface 158 offset so that the beam reflected from the hyperboloid surface 158 does not hit the rectangle 156 can hit. First, a central beam of rays 160 and two extreme bundles of rays 162 and 164 considered in more detail which bundle of rays of radiation in a non-deflected State, in a state of deflection in the azimuth direction of + 10 ° and in a state of deflection in the azimuth direction of
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- 10 darstellen. Das Verfahren bzw. die einzelnen Schritte werden hier für eine Azimuthebene aufgezeigt, während selbstverständlich dasselbe Verfahren für eine einem bestimmten Höhenwinkel entsprechende Ebene zu wiederholen ist.- represent 10. The method and the individual steps are shown here for an azimuth plane, while of course repeat the same procedure for a plane corresponding to a given elevation angle.
Das Strahlenbündel l60 wird durch einen oberen Strahl 166 und einen unteren Strahl 168 begrenzt. Eine Begrenzung des Strahlenbündels 162 erfolgt durch einen oberen Strahl 170 und einen unteren Strahl 172 während schließlich das Strahlenbündel 164 durch einen oberen Strahl 174 und einen unteren Strahl 176 begrenzt wird. Die Strahlen 170 und 172, die Strahlen 166 und 168 und die Strahlen 174 und 176 haben jeweils gleichen Abstand voneinander. Es sei angenommen, daß die Strahlenbündel l60, 162 und 164 von äußeren Strahlungsquellen auf die Hyperboloidfläche 158 treffen, wobei sich die Strahlung in einer Richtung entsprechend den auf den Strahlen 166, 170 und 174 eingezeichneten Pfeilen fortpflanzt. Das Strahlenbündel 162 bestrahlt eine aktive Öffnung 178, welche der aktiven Öffnung 46 nach Figur 1 entspricht und das Strahlenbündel 64 bestrahlt in entsprechender Weise eine aktive Öffnung 180.The bundle of rays 160 is through an upper ray 166 and defines a lower beam 168. The beam 162 is delimited by an upper beam 170 and a lower beam Ray 172 while finally the bundle of rays 164 bounded by an upper beam 174 and a lower beam 176 will. Beams 170 and 172, beams 166 and 168, and beams 174 and 176 are each equidistant from one another. It is assumed that the beams 160, 162 and 164 from external radiation sources onto the hyperboloid surface 158 meet, the radiation meeting in a direction corresponding to the arrows drawn on the beams 166, 170 and 174 propagates. The beam 162 irradiates an active opening 178, which corresponds to the active opening 46 according to FIG and the bundle of rays 64 irradiates an active opening 180 in a corresponding manner.
Zur Bestimmung der Grenzen des Rechtecks 156 wird der Strahl 170 bis zu der Hyperboloidfläche 158 verlängert, wo der Strahl eine Reflexion als neuer Strahl 17OA erfährt und der Strahl I66 wird in entsprechender Weise an der Hyperboloidfläche 158 als Strahl I66A reflektiert und schneidet den Strahl 170A in dem Punkt 182. In entsprechender Weise ergibt sich der Punkt 184 als Schnittpunkt der Strahlen 168A und 176A, welchletztere jeweils die reflektierten Strahlen zu den eintreffenden Strahlen 168 und 176 sind. Die Punkte 182 und 184 stellen die Grenzen der Vorderfläche der Anordnung von Phasenschiebern dar, welche hier durch das Rechteck 156 versinnbildlicht sind. Während die Strahlen 170 und 172 im wesentlichen parallel verlaufen, sind die reflektierten Strahlen 17OA und 172A im allgemeinen nicht parallel, da, wie aus Figur 4 zu ersehen ist, die Einfalls- und Reflexionswinkel für die verschiedenen Strahlen entsprechend demTo determine the boundaries of rectangle 156, the ray 170 extended to the hyperboloid surface 158 where the ray experiences a reflection as new ray 170A and ray 166 is in a corresponding manner at the hyperboloid surface 158 as Ray 166A reflects and intersects ray 170A at point 182. Point 184 results in a corresponding manner as the intersection of rays 168A and 176A, which latter respectively the reflected rays to the incoming rays 168 and 176 are. Points 182 and 184 represent the boundaries of the front face of the array of phase shifters which are symbolized here by the rectangle 156. While rays 170 and 172 are substantially parallel, are the reflected rays 170A and 172A generally not parallel, since, as can be seen from FIG. 4, the angles of incidence and reflection for the various rays correspond to the
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zugehörigen Auftreifpunkt auf der Hyperboloidfläche 158 variieren, Es sei bemerkt, daß die angegebene Konstruktionsweise für Kegelschnittflächen beliebiger Exzentrizität und Fokaldistänz sowie für elektromagnetische Strahlungsenergie, Schallenergie und für Licht gültig ist. (Beispielsweise haben Ellipsoide eine Exzentrizität kleiner als Eins und Hyperboloide eine Exzentrizität größer als Eins).associated contact point on the hyperboloid surface 158 vary, It should be noted that the specified construction method for conical section surfaces any eccentricity and focal distance as well as for electromagnetic radiation energy, sound energy and for Light is valid. (For example, ellipsoids have an eccentricity less than one and hyperboloids an eccentricity greater than one).
Der nächste Teil der geometrischen Konstruktion bei der Zuordnung der Punkte besteht darin, daß Strahlen von jedem Punkt auf einer Linie 186, welche die Verbindungslinie der Punkte 182 und 184 ist, in Richtung auf die Hyperboloidfläche 158 gezeichnet werden, um die Strahlenbündel 16O, 162 und ΙβΊ zu erzeugen, die nun in einer Richtung von der Hyperboloidfläche 158 nach außen verlaufen. Die Linie 186 stellt die Stirnfläche der in der Linse hO nach Figur 1 enthaltenen Anordnung von Phasenschiebern k8 in einem Querschnitt entsprechend einer Azimuthebene dar. Beim Aufzeichnen dieser zusätzlichen Strahlen werden die Reflexionspunkt.e an der Hyperboloidflache 158 markiert.The next part of the geometrical construction in assigning the points is that rays are drawn from each point on a line 186, which is the connecting line of points 182 and 184, in the direction of the hyperboloid surface 158, around the ray bundles 160, 162 and To generate ΙβΊ , which now run in a direction from the hyperboloid surface 158 to the outside. The line 186 represents the end face of the arrangement of phase shifters k8 contained in the lens hO according to FIG. 1 in a cross section corresponding to an azimuth plane.
Bevor die Beschreibung des Einzeichnens von Strahlen zur Erzielung der PunktZuordnung fortgesetzt wird, seien zwei Beispiele von Aufzeichnungen anhand der Figuren 5 und 6 erläutert und die tatsächliche Geometrie der Anordnung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist aus den Figuren 7A und 7B zu ersehen.Before the description of drawing rays to achieve the point assignment is continued are two examples of records with reference to Figures 5 and 6 explained and the The actual geometry of the arrangement according to a preferred exemplary embodiment can be seen from FIGS. 7A and 7B.
Betrachtet man die Figuren 5 und 6, so erkennt man zwei Aufzeichnungen von Reflexionspunkten auf der Hyperboloidflache 158, wobei diese Reflexionspunkte duroh die Bezugszahl 188 bezeichnet sind und- innerhalb'aktiver Öffnungen 178A bzw. 178B gelegen sind. Beide aktiven Öffnungen sind in den Zeichnungsfiguren zur Verdeutlichung eines Beispieles verzerrt, um die Wirkung einer falschen Auswahl der Hyperboloidfläche 158 zu verdeutlichen. Die aktiven Öffnungen 178A und 178B sind in zwei Richtungen dargestellt, nämlich sowohl in der Richtung des Höhenwinkels als auohLooking at FIGS. 5 and 6, two recordings can be seen of reflection points on the hyperboloid surface 158, the reference numeral 188 denotes these reflection points and are located within active openings 178A and 178B, respectively are. Both active openings are shown in the drawing figures Illustration of an example distorted in order to clarify the effect of an incorrect selection of the hyperboloid surface 158. the active openings 178A and 178B are shown in two directions, both in the direction of the elevation angle and auoh
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in der Azirauthrichtung, um zu zeigen, daß zwar eine Symmetrie der aktiven Öffnung bezüglich einer Vertikalebene herrschen kann, was aber nicht notwendig auch eine Symmetrie zur Azimuthachse bedeutet. Die Verzerrung läßt sich in den Figuren 5 und 6 leicht durch e.inen Vergleich der Gestalt der aktiven Öffnungen 178A bzw. 178B mit der gewünschten Gestalt der aktiven Öffnung 189 erkennen, welche in gestrichelten Linien angegeben ist. Diese Verzerrung würde eindeutig zu einem unerwünschten Ergebnis in dem Einimpuls-Verfolgungssystem führen, da der phasenmäßige Mittelpunkt für die vier Quadranten 190A bis 19OD gegenüber der Mitte der aktiven Öffnung 178B versohoben ist. Bei der Ableitung der Differenzfrequenz für das Höhenwinkel-Fehlersignal des Einimpuls-Verf olgungssystems ergibt sich beispielsweise im Falle der aktiven Öffnung 17BB in der verzerrten Gestalt ein Zielriohtungsfehler und dieser Fehler ändert sich mit dem Höhenwinkel, da die Verzerrung der aktiven Öffnung 178B sioh mit der Lage dieser Öffnung auf der reflektierenden Oberfläche 158 des Hyperboloids verändert.in the aziruth direction to show that although there is a symmetry the active opening can prevail with respect to a vertical plane, but this is not necessarily also a symmetry to the azimuth axis means. The distortion can easily be seen in FIGS. 5 and 6 by comparing the shape of the active openings 178A and 178B with the desired shape of the active opening 189 indicated in dashed lines. This distortion would clearly lead to an undesirable result in the single pulse tracking system because of the phased midpoint for the four quadrants 190A to 19OD opposite the center the active port 178B is reversed. When deriving the difference frequency for the elevation angle error signal of the single-pulse method For example, in the case of the active opening 17BB in the distorted shape, a misalignment of the aiming system results and this error varies with elevation angle as the distortion of the active aperture 178B varies with its location Opening on reflective surface 158 of the hyperboloid changes.
Es sei nun auf die Figuren 7A und 7B Bezug genommen, in welchen zwei schematische Abbildungen der Antenne 32 gemäß Figur 1 gezeigt sind, und zwar einmal eine Horizontalansicht oder Aufsicht in einer Darstellung mit den Koordinaten X und Z und zum anderen eine Seitenansicht in einer Darstellung mit den Koordinaten X und Y. Der Heflektor 38 ist sohematisch als Spur eines Hyperboloid-Flächensektors gezeigt, üie schematischen Abbildungen des Reflektors 38, der Linse kO und des Hornstrahlers 42 sind in den Darstellungen einander überlagert, um die Abmessungen und die Anordnung der Bauteile gemäß einer bevorzugten Ausführungeform der Erfindung zur Erzeugung der aktiven Öffnung 46 naoh Figur 1 deutlich zu maohen, welohe gleichförmige Gestalt unabhängig von der Lage auf dem Reflektor 38 hat, so daß sioh ein Strahlenbündel 56 mit einer Richtcharakteristik ergibt, welohe von der Richtung des Strahlenbündels 56 unabhängig ist. Die reflektierende Oberfläche des Reflektors 38 ist in der ZeichnungsfigurReference is now made to FIGS. 7A and 7B, in which two schematic illustrations of the antenna 32 according to FIG. 1 are shown, on the one hand a horizontal view or plan view in a representation with the coordinates X and Z and on the other hand a side view in a representation with the coordinates X and Y. The Heflektor 38 is shown schematically as a trace of a hyperboloid area sector, üie schematic illustrations of the reflector 38, the lens kO and the horn antenna 42 are superimposed in the illustrations to the dimensions and the arrangement of the components according to A preferred embodiment of the invention for generating the active opening 46 according to FIG is. The reflective surface of reflector 38 is shown in the drawing figure
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durch eine Gleichung eines Hyperboloids angegeben, von welchem, die Reflektorfläche einfach ein Sektor ist. Sämtliche Abmessungen in den Zeichnungen sind in Zoll angegeben. Die in der Gleichung vorkommenden Koordinaten X, Y und Z beziehen sich auf Koordinaten in der zeichnerischen Darstellung. Der Reflektor 38 reicht in einer Horizontalebene von dem Wert Z = 43 Zoll oder 109,2 cm bis zu. einem Wert Z = 153 Zoll oder 386,5 cm und in der Vertikalebene von einem Wert Y = - 62 Zoll oder 157,5 cm bis zu einem Wert Y=+ 78 Zoll oder 198,3 cm. Die Linse 40 und der Hornstrahler 42 haben eine gemeinsame Aohse 192, welche relativ zu der X-Achse in der aus der Zeichnung ersiehtliohen Weise um einen Winkel von 47,9° geneigt ist. Die Endpunkte der Vorderfläche oder der dem Reflektor 38 zugekehrten Fläche der Linse 40 sind in der Horizontalebene durch die Koordinatenwerte X = 60,31 Zoll oder 248,5 cm und Z = 18,52 Zoll oder 47,1 cm für den einen Endpunkt und durch die Koordinaten X = 80,52 Zoll·oder 204,8 cm und Z= 36,80 Zoll oder 93,5 cm gekennzeichnet. Die strahlende Öffnung des Hornstrahlers 42 ist von der hinteren Fläche der Linse 40 über einen Abstand von 26 Zoll oder 66 cm«, gemessen auf der Achse 192, entfernt. Die Linse 40 ist gekrümmt, wie durch die Hilfsdarstellung innerhalb von Figur 7A bei 194 angedeutet ist, wobei hier die Linse 40 schematisoh innerhalb einer Ebene dargestellt ist, welche die Achse 192 enthält und senkrecht zur X-Z-Ebene steht. In der Hilfsdarstellung 194 ist der Krümmungsradius der Linse 40 zu 65 Zoll oder l65 cm eingezeichnet, wobei der Krümmungsmittelpunkt die Koordinaten Y=O, X= 114,01 Zoll oder 290 cm und Z=- 20,55 Zoll oder - 52,2 cm hat. Die Linse 40 hat also eine Vorderfläche und eine rückwärtige Fläche, welche jeweils die Form von Ausschnitten einer Kreiszylinder-Mantelfläche besitzen. Die senkrechten Koordinaten der Linse 40 sind in der X-Y—Ebene eingezeichnet, wobei der obere Rand der Linse 40 die Koordinatenwerte Y = + 20 Zoll oder 50,8 cm und der untere Rand der Linse 40 die Koordinaten Y=- 20 Zoll oder 50,8 cm hat. In der Horizontalebene oder Azimuthebene erzeugt die Antenne 32 einen Abtast-Strahlungsstrahl innerhalb einesgiven by an equation of a hyperboloid, of which, the reflector surface is simply a sector. All dimensions in the drawings are given in inches. The one in the equation Occurring coordinates X, Y and Z relate to coordinates in the graphic representation. The reflector 38 extends in a horizontal plane from the value Z = 43 inches or 109.2 cm up to. a value of Z = 153 inches or 386.5 cm and in the vertical plane from a value of Y = - 62 inches or 157.5 cm to a value of Y = + 78 inches or 198.3 cm. The lens 40 and the Horn antennas 42 have a common axis 192 which relative to the X-axis in the manner shown in the drawing around is inclined at an angle of 47.9 °. The endpoints of the front face or the surface of the lens 40 facing the reflector 38 are in the horizontal plane by the coordinate values X = 60.31 Inches or 248.5 cm and Z = 18.52 inches or 47.1 cm for the one end point and by the coordinates X = 80.52 inches or 204.8 cm and Z = 36.80 inches or 93.5 cm. The radiating opening of the horn 42 is from the rear surface of the Lens 40 measured over a distance of 26 inches or 66 cm on axis 192, removed. The lens 40 is curved, as indicated by the auxiliary representation within FIG. 7A at 194 is, wherein the lens 40 is shown here schematically within a plane which contains the axis 192 and perpendicular to X-Z plane stands. In the auxiliary representation 194 is the radius of curvature the lens is drawn 40 by 65 inches or l65 cm, where the center of curvature the coordinates Y = O, X = 114.01 inches or 290 cm and Z = - 20.55 inches or - 52.2 cm. The lens 40 thus has a front surface and a rear surface, which in each case the shape of sections of a circular cylinder jacket surface own. The vertical coordinates of the lens 40 are shown in the X-Y plane, with the upper edge of the Lens 40 the coordinate values Y = + 20 inches or 50.8 cm and the lower edge of the lens 40 the coordinates Y = - 20 inches or 50.8 cm. In the horizontal or azimuth plane, the antenna 32 generates a scanning radiation beam within one
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Bogenbereichee von 20°, wobei die Mitte bei einem Winkel von 3,4 relativ zur X-Achse gelegen ist, wie in Figur 7A eingezeichnet ist. In einer Vertikalebene oder in einer Ebene entspreohend dem Höhenwinkel bewirkt die Antenne 32 eine Abtastung über einen Bogenbereich entsprechend einem Winkel von 15°f von welchen etwa 6 unterhalb der Horizontalebene liegen, während etwa 9° oberhalb der Horizontalebene abgetastet werden. Arc areas of 20 °, the center being located at an angle of 3.4 relative to the X axis, as shown in FIG. 7A. In a vertical plane or in a plane corresponding to the elevation angle, the antenna 32 effects a scan over an arc region corresponding to an angle of 15 ° f of which about 6 are below the horizontal plane, while about 9 ° are scanned above the horizontal plane.
Die gewünschte Gestalt der Antennenbauteile entsprechend den Darstellungen nach den Figuren 7A und 7B wurde in der zuvor beschriebenen Weise durch ein Strahlenaufzeiohnungeprogramm unter Verwendung eines Rechners erhalten, Duroh Fortsetzung des Strahlauf zeichnungsprogrammes werden die Koordinaten der Reflexionspunkte längs der Hyperboloidfläche 158 gemäß Figur h mit Hilfe der Flächengleichung des Hyperboloids ohne Schwierigkeiten errechnet. Werden beispielsweise die Strahlen des Strahlenbündel 162 konstruiert, so findet man die Strahlen, welche von der Linse, die durch das Rechteck 156 dargestellt ist, ausgehen, duroh ein Iterationsverfahren (naoh der Newton1sehen Näherungsmethode), bei welchem ein Strahl von einem Punkt auf der Linie 168 in einer Richtung etwa parallel zu dem Strahl 170A bis zu einem Punkt mit der Hyperboloidfläche 158 gezogen wird, wonach ein Ssweiter Strahl von diesem Schnittpunkt in einer Richtung parallel zu dem Strahl 170 gezeichnet wird. Der Einfallswinkel und der Reflexionswinkel dieser beiden Strahlen werden dann miteinander verglichen, wonach die beiden Strahlen von neuem zu einem etwas verschobenen Auftreffpunkt auf der Hyperboloidfläche 158 gezeiohnet und der Einfallswinkel und der Reflexionswinkel wieder verglichen werden. Dieses Verfahren wird so lange fortgesetzt, bis die beiden Winkel im wesentlichen gleich sind. Danach wird ein weiteres Paar von Strahlen, von denen,einer etwa parallel zu dem Strdl 170A und der andere parallel zu dem Strahl 170 geriohtet ist, von einem anderen Punkt auf der Linie 168 aus zu einem anderen Auftreffpunkt auf der Hyperbololdfläohe 158 hin gezeichnet und das Iterationsverfahren wird wieder so lang fortgesetzt, bis der Schnittpunkt mit der Ilyperboloidfläohe 158 anThe desired shape of the antenna components in accordance with the illustrations of Figures 7A and 7B was obtained in the manner described above by a Strahlenaufzeiohnungeprogramm using a computer, Duroh continuation of Strahlauf be drawing program, the coordinates of the reflection points along the hyperboloid 158 of FIG h using the plane equation of the hyperboloid can be calculated without difficulty. If, for example, the rays of the bundle of rays 162 are constructed, the rays which emanate from the lens, which is represented by the rectangle 156, are found by an iteration process (see Newton 1 approximation method) in which a ray starts from a point line 168 is drawn in a direction approximately parallel to ray 170A to a point with hyperboloid surface 158, after which a second ray is drawn from this intersection in a direction parallel to ray 170. The angle of incidence and the angle of reflection of these two rays are then compared with one another, after which the two rays are drawn again to a slightly displaced point of impact on the hyperboloid surface 158 and the angle of incidence and the angle of reflection are compared again. This process continues until the two angles are substantially equal. Then another pair of rays, one of which is roughly parallel to the ray 170A and the other parallel to the ray 170, is drawn from another point on the line 168 to another point of incidence on the hyperbolic area 158 and that The iteration process is continued until the point of intersection with the Ilyperboloid surface 158 occurs
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eine Stelle zu liegen kommt, an welcher die Gleichheit des Einfallswinkels und des Reflexionswinkels gilt. Das Ergebnis ist die Aufzeichnung dieser Auftreffpunkte oder Schnittpunkte, wie sie in den Figuren 5 oder 6 bei 188 angedeutet sind. Das Rechne rprog ramm wird nun auf eine Wiederholung des Strahlkonstruktionsprogrammes eingestellt, jedooh für ein Hyperboloid 158 mit einer anderen Exzentrizität und/oder Pokaldistanz. In dem Programm des Rechners werden dann solange unterschiedliche Hyperboloidfläohen 158 mit unterschiedlichen Parameterwerten verwendet, bis eine optimale Gruppe von Werten erreicht wird, wie sie in den Figuren 7A und 7B gezeigt sind.a point comes to rest at which the equality of the angle of incidence and the angle of reflection applies. The result is the recording of these points of impact or intersection, such as they are indicated in FIGS. 5 or 6 at 188. The calculation program is now based on a repetition of the beam construction program set, but for a hyperboloid 158 with a different eccentricity and / or cup distance. Different hyperboloid areas are then displayed in the computer program 158 used with different parameter values, until an optimal set of values is reached as shown in Figures 7A and 7B.
Es sei in diesem Zusammenhang bemerkt, daß die Krümmung der Linse 40 in dem Strahlkonstruktionsprogramm noch nicht herüoksiohtigt worden ist, da eine zylindrische Linse verwendet worden ist, die in der Azimuthebene oder Horizontalebene die Krümmung Null besitzt. Im wesentlichen ein gleicher AufzeiohnungsVorgang wird jedooh für die dem Höhenwinkel entsprechende Ebene oder Vertikalebene durchgeführt, wobei ein mathematischer Ausdruck eingeführt wird, welcher die gekrümmte Oberfläche der Linse 40 be~ sohreibt und welcher in das Strahlkonstruktionsprogramm entsprechend eingesetzt wird.It should be noted in this connection that the curvature of the lens 40 is not yet taken into account in the beam construction program because a cylindrical lens has been used which has zero curvature in the azimuth or horizontal plane owns. Essentially a similar recording process becomes however, carried out for the plane or vertical plane corresponding to the elevation angle, a mathematical expression being introduced which touches the curved surface of lens 40 and which in the beam design program accordingly is used.
Nun sollen wieder die Figuren 1 und 8 betrachtet werden» Die Strahlsteuerüngssignale werden von der Strahlsteuerungseinheit 88 über die Leitungen $k den Phasenschiebern 48 zugeführt, nachdem sie durch die Strahlsteuerungseinheit 88 entsprechend einem Programm erreohnet worden sind, welches von einem Strahlkonstruktionsverfahren abgeleitet worden ist, wie es in Figur 8 erläutert ist. Der Reflektor 38, die Linse 40 und der Hornstrahler 42 gemäß Figur 1 sind auch in Figur 8 schematisch abgebildet, ' Die Phasenverschiebung, welche durch einen Phasenschieber 48 einem Strahlungsstrahl aufgeprägt werden muß, der von dem Hornstrahler 42 durch einen Phasenschieber 48 zu dem Reflektor 38 und dann zu dem Flugzeug 34 gelangt, hängt von dem Winkel desReferring now to FIGS. 1 and 8 again, the beam control signals are fed from the beam control unit 88 via the lines $ k to the phase shifters 48 after they have been generated by the beam control unit 88 in accordance with a program which has been derived from a beam construction method, such as it is explained in FIG. The reflector 38, the lens 40 and the horn antenna 42 according to FIG. 1 are also shown schematically in FIG and then get to the aircraft 34 depends on the angle of the
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Strahlenbündels 56 oder von dem Winkel der Wellenfront ab, welche sohematiseh eingezeichnet ist und in Figur 8 durch die Bezugszahl 196 bezeichnet ist. Eine zweite Wellenfront 198, die in Figur 8 als unterbrochene Linie eingezeichnet ist, breitet sich in einer Richtung aus, welche von der Richtung der Wellenfront I96 verschieden ist.Beam 56 or on the angle of the wavefront, which is drawn in sohematiseh and is denoted in FIG. 8 by the reference number 196. A second wavefront 198 that appears in Figure 8 is shown as a broken line, propagates in a direction which is different from the direction of the wave front I96 is different.
In Figur 8 sind zwei Strahlenbündel eingezeichnet, von denen das erste zu der Wellenfront 196 gehört und die Strahlungsstrahlen 200, 201 und 202 enthält und von denen das zweite zu der Wellenfront 198 gehört und die Strahlungsstrahlen 203, 204 und 205 enthält. Jeder der genannten sechs Strahlungsstrahlen wird an dem Reflektor 38 reflektiert und trägt nach Reflexion jeweils den zusätzlichen Bezugsbuchstaben A und gelangt als solcher Strahl jeweils durch einen der Phasenschieber 48 der Linse 40 zu dem Hornstrahler 42. Bezüglioh der drei Strahlungsstrahlen 200, 201 und 202 ist zu bemerken, daß diese sioh an der Wellenfront 196 zueinander in Phase befinden. Die elektrische Weglänge, gemessen in Wellenlängen, für den Strahl 200 plus Strahl 200A ist jedoch von der elektrischen Weglänge des Strahles 201 plus Strahl 201A oder Strahl 202 plus Strahl 202A verschieden. Der Phasenunterschied auf diesen Wegen der Strahlungsenergie zwisohen dem Hornstrahler 42 und der Wellenfront 196 wird durch die Phasenschieber 48 kompensiert, welche jedem Strahlungsstrahl eine zusätzliche Phasenverschiebung mitteilen, um die Phase der einzelnen Strahlen an der Wellenfront 196 gleioh zu machen. Die Größe der von jedem Phasenschieber 48 aufzuprägenden Phasenkompensation zur Erzielung der Phasengleichheit läßt sich leicht mittels eines Reohners ermitteln, der entsprechend einem Strahlkonstruktionsprogramm programmiert ist, wobei diesem Programm die Stellungen und Ausrichtungen der einzelnen Bauteile der Antenne 32 und die Wellenfront I96 zugrunde liegen. Diese errechneten Werte der Phasenverschiebung sind genau diejenigen Werte, welche notwendig sind, um ein Strahlenbündel zu erzeugen, das eine Wellenfront entsprechend der Wellenfront 196 besitzt.FIG. 8 shows two bundles of rays, the first of which belongs to the wave front 196 and contains the radiation beams 200, 201 and 202 and the second of which belongs to the wave front 198 and contains the radiation beams 203, 204 and 205. Each of the six radiation beams mentioned is reflected at the reflector 38 and, after reflection, bears the additional reference letter A and as such a beam passes through one of the phase shifters 48 of the lens 40 to the horn antenna 42. Regarding the three radiation beams 200, 201 and 202 is to note that these are in phase with one another at wavefront 196. However, the electrical path length, measured in wavelengths, for beam 200 plus beam 200A is different from the electrical path length of beam 201 plus beam 201A or beam 202 plus beam 202A. The phase difference on these paths of radiant energy between the horn 42 and the wavefront 196 is compensated for by the phase shifters 48, which impart an additional phase shift to each radiation beam in order to make the phase of the individual beams at the wavefront 196 the same. The size of the phase compensation to be applied by each phase shifter 48 to achieve phase equality can easily be determined by means of a Reohner programmed according to a beam construction program, this program being based on the positions and orientations of the individual components of the antenna 32 and the wavefront I96. These calculated values of the phase shift are precisely those values which are necessary to generate a beam having a wave front corresponding to wave front 196.
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In derselben Weise wird eine Gruppe von Phasenverschiebungswerten Taezüglioh der Welleniront ±98 errechnet. Die Phasenschieber 48 verwirklichen diese Phasenverschiebungswerte modulo 360°. Die Phasenverschiebungen für andere Strahlenbündelrichtungen werden durch das Rechenprogramm einfach dadurch ermittelt, daß die WeI--leniront 196 um den Punkt 208 in andere Richtungen gedreht wird, wie beispielsweise für die Wellenfront 198 durchgeführt, wobei dann das Rechenprogramm wiederholt wird. .._.-In the same way, a group of phase shift values Taezüglioh der Welleniront ± 98 is calculated. The phase shifters 48 realize these phase shift values modulo 360 °. the Phase shifts for other beam directions are determined by the computer program simply by the fact that the wave leniront 196 is rotated around point 208 in other directions, as carried out, for example, for the wavefront 198, where then the calculation program is repeated. .._.-
Das oben angedeutete Unterprogramm wird für eine genügend große Anzahl von Richtungen der Wellenfront I96 wiederholt., um eine graphische Darstellung herstellen zu können, in welcher die Phasenverschiebung jedes der Phasenschieber 48 über der Strahlrichtung aufgetragen ist. Eine derartige graphisohe Darstellung wird 'für jeden Phasenschieber 48 als Funktion des Höhenwinkels beim Azimuthwinkel Null hergestellt und eine weitere graphische Darstellung wird für jeden Phasenschieber 48. als eine Punktion des Azimuthwinkels beim Höhenwinkel Null erstellt. Dieses Paar von graphischen Darstellungen oder Kennlinien für jeden Phasenschieber 48 läßt sich ziemlich genau durch ein Polynom in Form einer Potenzreihe darstellen, nämlich 0^ - C.^+ Cg^ & ■+ + O/c ^ ~* ^~4k τ "*" 6~k ^P » worin (S> den Azimuthwinkel und φ den Höhenwinkel bedeuten und 0^ der Gesamtbetrag zur Phasenverschiebung ist, welcher von dem k-ten Phasenschieber 48 aufgeprägt wird, wobei in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der mit den erfindungsgemäßen Merkmalen ausgestatteten Antenne 32 824 Phasenschieber 48 vorgesehen sind. Die Symbole C.fe - G-, bezeichnen eine Gruppe von fünf Konstanten für jeden der k Phasenschieber 48. Wie man aus der obigen Gleichung sieht, sind die den Höhenwinkel und den Azimuthwinkel enthaltenden Ausdrücke getrennt und Ausdrücke mit beiden Größen treten nicht auf.The subroutine indicated above is repeated for a sufficiently large number of directions of the wavefront 196 to be able to produce a graphic representation in which the phase shift of each of the phase shifters 48 is plotted over the beam direction. Such a graphical representation is produced for each phase shifter 48 as a function of the elevation angle at azimuth angle zero and a further graphic representation is produced for each phase shifter 48 as a puncture of the azimuth angle at elevation angle zero. This pair of graphical representations or characteristics for each phase shifter 48 can be represented fairly precisely by a polynomial in the form of a power series, namely 0 ^ - C. ^ + Cg ^ & ■ + + O / c ^ ~ * ^ ~ 4k τ "* "6 ~ k ^ P " where (S> the azimuth angle and φ the elevation angle and 0 ^ is the total amount for the phase shift, which is impressed by the k-th phase shifter 48, in the preferred embodiment of the antenna equipped with the features according to the invention 32 824 phase shifters 48. The symbols C. fe -G- denote a group of five constants for each of the k phase shifters 48. As can be seen from the above equation, the terms including the elevation angle and the azimuth angle are separate and terms with both sizes do not occur.
Es hat sich gezeigt, daß die durch obige Grundgleichung ausgedrückte Annäherung der Phasenverschiebung tatsächlich eine genügend genaue Vorhersage des erforderlichen Phasenverschiebungsbetrages O^ gestattet, welcher von dem k—ten Phasenschieber er-It has been found that the expressed by the above basic equation Approximation of the phase shift actually provides a sufficiently accurate prediction of the amount of phase shift required O ^ allows which of the k-th phase shifter
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zeugt werden muß, so daß dann', wenn jeder Phasenschieber die erforderliche Phasenverschiebung entsprechend der Grundgleichung erzeugt, das Strahlenbündel 56 nach Figur 1 bezüglich Höhenwinkel und Azimuthwinkel unter Verwendung der Nährungewerte £p und φ aus der oben genannten Grundgleichung gesteuert wird.must be generated, so that then 'if each phase shifter produces the required phase shift in accordance with the basic equation, the beam 56 of Figure 1 with respect to elevation angles and azimuth angles using the Nährungewerte £ p and φ is controlled from the above basic equation.
Um die genaue Winkelablenkung des Strahlenbündels 56 gegenüber derjenigen zu bestimmen, welche sioh aus der obigen Grundgleichung ergibt, wird die Antenne 32 von einem Rechner simuliert, wobei die anteiligen Phasenverschiebungen sämtlicher Phasenschieber zusammengezählt werden, um ein resultierendes Strahlenbündel 56 zu errechnen, das sich aus den anteiligen Phasenverschiebungen sämtlicher Phasenschieber 48 ergibt, die jeweils die ihnen zugeteilte, entsprechend der obigen Grundjfeiohung errechnete Phasenverschiebung erzeugen. Die Höhenwinke!komponenten und Azimuthwinkelkomponenten der Richtung des Strahlenbündelβ 56, wie sie durch diesen Rechner bei der Simulierung der Antenne errechnet worden sind, werden dann mit den Ilöhenwinkelkomponenten und Azimuthwinkelkomponenten, nämlioh mit den Werten Φ und £> verglichen, welche in die genannte Grundgleiohung eingesetzt sind, um die Korrektur zu bestimmen, welohe an den Strahlsteuerungs-Befehlssignalen durchgeführt werden muß. Die notwendige Korrektur wird für verschiedene Richtungen dee StrahlenbUndels 56 errechnet und es hat sich gezeigt, daß die Korrekturen durch eine empirische Gleichung ausgedrückt werden können, welohe innerhalb der Strahlsteuerungseinheit 88 ausgewertet wird. Die Korrektur der Strahlsteuerungs-Befehlssignale, die an die Leitungen 54 abgegeben werden, wird mittels der Strahlsteuerungseinheit 88 in der Weise ausgeführt, daß jedes der über die Leitung 118 empfangenen Winkelinformationssignale in ein etwas verschiedenes Winkelinformationssignal durch Addition der notwendigen Winkelkorrektur geändert wird, wie sie innerhalb der Strahlsteuerungseinheit 88 in der noch zu beschreibenden Weise errechnet wurde, so daß die Strahlsteuerungs-Befehlasignale, welche an die Leitungen 54 abgegeben werden, solche Werte besitzen, daß das Strahlenbündel 56 in die gewünschte Richtung gesteuert wird.In order to determine the exact angular deflection of the beam 56 with respect to that which results from the above basic equation, the antenna 32 is simulated by a computer, the proportional phase shifts of all phase shifters being added up to calculate a resulting beam 56, which is derived from the proportional phase shifts of all phase shifters 48 results, which in each case generate the phase shift assigned to them, calculated in accordance with the above basic principle. The elevation angle components and azimuth angle components of the direction of the bundle of rays 56, as calculated by this computer when simulating the antenna, are then compared with the elevation angle components and azimuth angle components, namely with the values Φ and £> , which are used in the above-mentioned basic equation to determine what correction must be made to the beam steering command signals. The necessary correction is calculated for different directions of the beam 56 and it has been shown that the corrections can be expressed by an empirical equation which is evaluated within the beam control unit 88. The correction of the beam control command signals which are output on the lines 54 is carried out by means of the beam control unit 88 in such a way that each of the angle information signals received via the line 118 is changed into a slightly different angle information signal by adding the necessary angle correction as it is within of the beam control unit 88 has been calculated in the manner to be described, so that the beam control command signals which are output to the lines 54 have such values that the beam 56 is steered in the desired direction.
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In den Figuren 9, 10 und 11 finden sich ins einzelne gehende Darstellungen der Strahlsteuerungseinheit 88 gemäß Figur 1 unter Andeutung der Verbindungen mit den Treiberschaltungen für die Phasenschieber 48 nach Figur 1. Figur 9 verdeutlicht die Strahlst eue rungs einheit 88, während Figur 10 die Treiberschaltungen 250 zur Erzeugung des magnetischen Flusses in dem Ferritwerkstoff der Phasenschieber 48 zeigt, wobei eine solche Treiberschaltung 250 jeweils einem der Phasenschieber 48 zugeordnet ist. Die Phasenverschiebung jedes der Phasenschieber 48 der Linse 40 wird auf einen geeigneten Wert in Abhängigkeit von dem Treibersignal der zugehörigen Treiberschaltung 250 eingestellt, wobei die Treibersignale aus dem Zeitdiagramm naoh Figur 11 zu entnehmen sind.Detailed representations can be found in FIGS. 9, 10 and 11 the beam control unit 88 according to Figure 1, indicating the connections to the driver circuits for the Phase shifter 48 according to FIG. 1. FIG. 9 illustrates the beam control unit 88, while FIG. 10 shows the driver circuits 250 for generating the magnetic flux in the ferrite material the phase shifter 48 shows, such a driver circuit 250 being assigned to one of the phase shifters 48 is. The phase shift of each of the phase shifters 48 of the lens 40 is set to a suitable value depending on the drive signal of the associated driver circuit 250, the driver signals from the timing diagram shown in FIG. 11 being increased can be found.
Gemäß Figur 9 bezieht die Strahlsteuerungseinheit 88 ein Winkelbefehlssignal über die Leitung 118 und Taktsignale über die Leitung 96. Beide Signale Wurden zuvor im Zusammenhang mit Figur 1 schon erwähnt* Außerdem ist die Gruppe von Ausgangsleitungen 54 dargestellt, welche, wie schon in Figur 1 gezeigt ist, die Strahlsteuerungseinheit 88 mit den einzelnen, zugehörigen Phasenschiebern 48 verbinden. Zu den Taktsignalen auf der Leitung 96 ist zu sagen, daß diese verschiedene Zeitsignale und Synchro— nisationsimpuise enthalten, wie sie für digitale Einrichtungen allgemein bekannt sind und welche beispielsweise zu den Schieberegistern, ' zu den logischen Steuerschaltüngen, zu den Impulsgeneratoren und zu den Recheneinheiten gelangen. Die Verwendung solcher. Taktsignale oder Zeitgebersignale ist allgemein bekannt und demgemäß ist in Figur 9 nur sinnbildlich die Leitung 96 eingezeichnet, welohe an der gestrichelten Umgrenzung des Blooksymbols der Strahlsteuerungseinheit 88« endet, ohne daß die Verbindung zu den einzelnen Bauteilen der Strahlsteuerungseinheit 88 eingezeichnet wäre.Referring to Figure 9, the beam control unit 88 receives an angle command signal via line 118 and clock signals via line 96. Both signals were previously used in connection with FIG already mentioned * Also, the group of output lines is 54 which, as already shown in FIG. 1, connect the beam control unit 88 to the individual, associated phase shifters 48. To the clock signals on the line 96 it is to be said that these different time signals and synchro- contain nisationsimpuise as they are generally known for digital devices and which, for example, to the shift registers, to the logic control circuits, to the pulse generators and get to the arithmetic units. The use of such. Clock signals or timing signals are well known and accordingly the line 96 is shown only symbolically in FIG. which ends at the dashed border of the blook symbol of the beam control unit 88 'without the connection for the individual components of the beam control unit 88 would be drawn.
Die Strahlsteuerungseinheit 88 enthält einen Kompensator 252, weloher jedes an der Leitung 118 erscheinende Winkelinformationssignal so ändert, daß eine Winkelkorrektur durchgeführt wird, wie sie zuvor im Zusammenhang mit der StrahlkonstruktionThe beam control unit 88 includes a compensator 252, whence any angle information signal appearing on line 118 changes so that an angle correction is made as previously in connection with the beam construction
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nach Figur 8 und der Ermittlung der Phaeenverschiebungswerte entsprechend der oben genannten Grundgleichung angegeben wurCfe. Die korrigierten Winkeiiniormationssignale erscheinen auf der Leitung 254. Der Kompensator 252 enthält eine auf das Vorzeichen des Winkels in Abhängigkeit von den Höhenwinkeln und den Azimuthwinkeln ansprechende Einheit 256, einen Speicher* 25*3 und eine Recheneinheit 260, weiche zu dem Winkelinformationssignal der Leitung 118 einen Korrekturausdruck aus dem Speicher 258 hinzuzählt, um das korrigierte Winkelinformationssignal über die Leitung 254 abgeben zu können. Der benötigte Korrekturausdruck wird von dem Speioher 258 vermittels eines Adressignales abgeleitet, das Über die Leitung 262 in Abhängigkeit von einer Rechnung in der auf das Vorzeichen des Winkels ansprechenden Einheit 256 aufgrund einer Formel zugeführt wird, in der die Größen des Höhen— winkeis und des Azimuthwinkels verwendet werden.according to FIG. 8 and the determination of the phase shift values accordingly the above-mentioned basic equation. the Corrected angle adjustment signals appear on line 254. Compensator 252 contains an on the sign of the Angle as a function of the elevation angles and the azimuth angles Respective unit 256, a memory * 25 * 3 and an arithmetic unit 260, soft to the angle information signal of the line 118 adds a correction expression from memory 258, in order to be able to output the corrected angle information signal via line 254. The required correction expression will be derived from the memory 258 by means of an address signal, which is fed via the line 262 as a function of a calculation in the unit 256 responding to the sign of the angle on the basis of a formula in which the magnitudes of the height - angle and azimuth angle can be used.
Die erforderliche Phasenverschiebung, die der von dem Hornstrahler 42 ausgehenden Strahlung durch jeden der Phasenschieber 48 gemäß Figur 1 mitgeteilt werden muß, um das Strahlenbündel 56 auf den jeweils gewünschten Höhenwinkel und Azimuthwinkel zu steuern bzw. einzustellen, wird mittels einer Recheneinheit 264 ermittelt, welche die in der oben genannten Grundgleichung enthaltenen Rechenvorschriften ausführt, nämlich die Multiplikation der Höhenwinkel und Azimuthwinkel mit den entsprechenden Konstanten C2 und C., das Quadrieren der Höhenwinkel und der Azimuthwinkel und die Multiplikation der jeweiligen quadratischen Werte mit den Konstanten C_ und C_ und schließlich die Summation die-The required phase shift, which must be communicated to the radiation emanating from the horn antenna 42 by each of the phase shifters 48 according to FIG executes the calculation rules contained in the above-mentioned basic equation, namely the multiplication of the elevation angle and azimuth angle with the corresponding constants C 2 and C., the squaring of the elevation angle and the azimuth angle and the multiplication of the respective square values with the constants C_ and C_ and finally the summation the-
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ser Ausdrücke mit der Konstanten C., Die entsprechenden Werte von Höhenwinkel φ und Azimuthwinkel 0 gelangen zu der Recheneinheit 264 über die Leitung 254 und die erforderlichen Werte der Phasenverschiebung, welche durch die Recheneinheit 264 errechnet werden, erscheinen als dreistellige binäre Zahlen auf den Leitungen 266A bis C, wobei die einzelnen Stellen jeweils auf einer der Leitungen 266A bis C auftreten. Eine Speiohereinheit 268 speiohert jeweils besondere Gruppen von Konstanten C. bis C1-, wobei jeweils eine dieser Gruppen je einem der Phasen-These expressions with the constant C., The corresponding values of elevation angle φ and azimuth angle 0 reach the arithmetic unit 264 via the line 254 and the required values of the phase shift, which are calculated by the arithmetic unit 264, appear as three-digit binary numbers on the lines 266A to C, the individual digits appearing on one of the lines 266A to C. A storage unit 268 stores particular groups of constants C. to C 1 -, with one of these groups each corresponding to one of the phase
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schieber 4,8. nach Figur 1 zugeordnet ist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, bei welchem 824 Phasenschieber 48 vorgesehen sind, gibt es also 824 Gruppen von Konstanten G. bis C-, welohe einen Speicherplatz von jeweils 44 Stellen für. jeden Phasenschieber 48 erforderlich machen. Die Recheneinheit 264 muß also die oben genannte Rechnung 824 mal wiederholen und bei jedem Rechenvorgang wird diejenige Gruppe von Konstanten C. bis C- verwendet, welche zu dem betreffenden Phasenschieber 48 gehört. Die Koordin- -rung dieser Rechnungen und auch die Adressierung der richtigen Gruppen von Konstanten in der Speichereinheit 268 erfolgt durch eine logische Steuereinheit .270, die mit der Recheneinheit 264 und mit der Speiehereinheit 268 über Leitungen 272 bzw. 274 in Verbindung steht. Nachdem die logische Steuereinheit 270, die Speichereinheit 268 und die Recheneinheit 264 zur Errechnung der Phasenverschiebungen beispielsweise an sich bekannter Bauart sein können und als digitale Einheiten ausgeführt werden können, erübrigt sich eine weitere Beschreibung dieser Bestandteile der Schaltung.slide 4.8. is assigned according to Figure 1. In the preferred embodiment, in which 824 phase shifters 48 are provided, there are therefore 824 groups of constants G. to C-, welohe a storage space of 44 places each for. make each phase shifter 48 necessary. The arithmetic unit 264 must therefore have the Repeat the above calculation 824 times and each calculation process uses that group of constants C. to C-, which belongs to the phase shifter 48 in question. The coordinate -ring these bills and also addressing the correct ones Groups of constants in the storage unit 268 are carried out by a logical control unit .270, which communicates with the arithmetic unit 264 and to the storage unit 268 via lines 272 and 274 in FIG Connection. After the logical control unit 270, the storage unit 268 and the computing unit 264 for calculating the Phase shifts can, for example, be of a type known per se and can be designed as digital units, are unnecessary a further description of these components of the circuit.
Da sämtliche Strahlen des Strahlenbündels 56 nach Figur 1 gleichzeitig in eine bestimmte Richtung gesteuert werden müssen, ist es notwendig, daß jeder der Phasenschieber 48 sein Phasenverschiebungs-Steuersignal über die Leitung 54 zur gleichen Zeit erhält. Die errechneten Werte der Phasenverschiebung, welche für jeden der Phasenschieber 48 an den Leitungen 266 A bis C für die einzelnen Phasenschieber der Reihe nach auftreten, müssen demgemäß vorübergehend gespeichert werden, bis die Werte für sämtliche Phasenschieber 48 ausgerechnet sind, wonach diese Werte der Phasenverschiebung gleichzeitig über die Leitungen 54 an die Phasenschieber 48 abgegeben werden können. Diese vorübergehende . Speicherung wird durch drei Schieberegister 276A bis 276C vorgenommen, von denen jedes eine Anzahl von Zellen oder Bitspeicherplatzen gleich der Anzahl von Phasenschiebern 48 aufweist, wel- , ehe in der Linse 40 nach Figur 1 enthalten sind. Jedes der Schieberegister 276a bis C hat also bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung 824 Zellen. In Figur 9 sind einige wenigeSince all the rays of the beam 56 according to FIG. 1 are simultaneously must be controlled in a certain direction, it is necessary that each of the phase shifters 48 has its phase shift control signal received via line 54 at the same time. The calculated values of the phase shift, which for each of the phase shifters 48 on lines 266 A through C for the individual phase shifters must occur in sequence, accordingly are temporarily stored until the values for all phase shifters 48 are calculated, after which these values of the Phase shift can be delivered simultaneously via the lines 54 to the phase shifter 48. This temporary. Storage is done by three shift registers 276A to 276C, each of which is a number of cells or bit locations has equal to the number of phase shifters 48 wel-, before are included in the lens 40 according to FIG. Each of the shift registers Thus, in the preferred embodiment of the invention, 276a-C has 824 cells. In Figure 9 there are a few
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dieser Zellen als Beispiel herausgezeioh.net und mit den Bezugszahlen 1, 2, ... 823 und 824 versehen. Die mit der Bezugszahl 1 bezeichneten Zellen speichern die Stellen der binären Zahl, welohe das Phasenverschiebungs-Befehlssignal eines Phasenschiebers 48 darstellt, der willkürlich als Phasenschieber Nr. 1 bezeichnet 1st, In entsprechender Weise speiohern die mit 2 bezeichneten Zellen der Schieberegister 276A bis 276C die Stellen der binären Zahl, «reiche die Phasenverschiebung für den Phasenschieber Nr. 2 darstellt. Oa jedes der Schieberegister 276A bis C nur eine einzige Stelle der dreistelligen binären Zahl speiohert, welche auf den Leitungen 266A bis C auftritt, entspricht die von den Schieberegister 276A gespeicherte Stelle einen Phasenwinkel von 45 elektrischen Graden, während die von den Schieberegistern 276B und C gespeicherten Stellen jeweils Phasenwinkeln von 90 elektrischen Graden bzw. 180 elektrischen Graden entsprechen.of these cells as an example and provided with the reference numbers 1, 2, ... 823 and 824. Those with the reference number 1 designated cells store the digits of the binary number, which is the phase shift command signal of a phase shifter 48, which is arbitrarily designated as phase shifter no. 1, those designated with 2 are stored in a corresponding manner Cells of the shift registers 276A to 276C the digits of the binary number, "suffice the phase shift for the phase shifter No. 2 represents. Oa each of the shift registers 276A-C stores only a single digit of the three-digit binary number which is on occurs on lines 266A-C, the digit stored by shift register 276A corresponds to a phase angle of 45 electrical degrees, while the digits stored by shift registers 276B and C correspond to phase angles of 90 electrical degrees and 180 electrical degrees, respectively.
Jedes der Schieberegister 276A bis 276C besitzt parallele Auegangsleitungen zur Steuerung von Multiplex-Wählersohaltern 278, von denen jeweils ein Multiplex-Wählereohalter 27t für je einen der insgesamt 824 Phasenschieber existiert und jeder Multiplex-Wählersohalter 278 drei Eingänge alt den Bezeichnungen A, B und C zur Aufnahme der jeweiligen Stellen der binären Zahlen von den Zellen der entsprechenden Schieberegister 276A bit 276C besitzt. Die Zellen Nr. 1 der Schieberegister 276A bis 276C haben alt de» Multiplex-Wählersohalter 278 mit der Bezeichnung MUX No. 1 Verbindung, die Zellen Nr. 2 der Schieberegister 276Λ bis C haben mit dem Multiplex-Wählerschalter 278 mit der näheren Bezeichnung MUX No, 2 Verbindung und entsprechende Verbindungen sind zu den Übrigen Multiplex-Wählersohaltern 278 hergestellt. Die Multiplex-Wählerschalter 278 sind an sich bekannter Bauart und stellen jeweils das digitale Äquivalent zu einem einpoligen Schalter mit Vielfach-Wählerkontakten dar, in welchem der einzige Ausgang 280 des Multiplex-Wählerschaltere 278 mit einer der Leitungen 282 verbindbar ist und die jeweilige, zwischen einer Leitung 282 und der Leitung 280 herzustellende Verbindung entsprechend der binä-Each of the shift registers 276A to 276C has parallel output lines for controlling multiplex selector holders 278, each of which has a multiplex selector stereo holder 27t for one each the total of 824 phase shifter exists and each multiplex selector holder 278 three inputs old with the designations A, B and C has bit 276C for receiving the respective digits of the binary numbers from the cells of the corresponding shift register 276A. The cells no. 1 of the shift registers 276A to 276C have old de » Multiplex selector holder 278 with the designation MUX No. 1 connection that cells # 2 of shift registers 276Λ to C have with the multiplex selector switch 278 with the more detailed designation MUX No, 2 connection and corresponding connections are to the Remaining multiplex selector mounts 278 made. The multiplex selector switches 278 are of a known type and each provide the digital equivalent of a single-pole switch Multiple selector contacts, in which the single output 280 of the multiplex selector switch 278 with one of the lines 282 can be connected and the respective connection to be established between a line 282 and the line 280 according to the binary
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reu Zahl gewählt wird, die an den Eingängen A, B und C des MuI-tiplex-Wählerschalters 278 erscheint.reu number is selected that is connected to inputs A, B and C of the multi-tiplex selector switch 278 appears.
Wie' zuvor bezüglich der Erzeugung der richtigen Magnetisierung des Ferritwerkstoifes in jedem Phasenschieber der Linse 40 gemäß Figur 1 ausgeführt wurde, wird ein Spannungsimpuls vorbestimmter Zeitdauer einer den Ferritwerkstoff umgebenden Wicklung derart zugeführt, daß der magnetisierende Fluß, welcher proportional zum Integral der Spannung des Impulses ist, den entsprechenden Wert besitzt, um die gewünsohte Phasenverschiebung zu erzeugen. Die erforderliohe Impulsdauer zur Einführung von Phasenversohiebungen von 45°, 90°, 135° ... 315°, ist experimentell für das betreffende, in den Phasenschiebern verwendete Ferritmaterial ermittelt und zur Erzeugung der Spannungsimpulse, welche auf den Leitungen 282 auftreten und die erforderliohe Im-· pulsbreite besitzen, ist ein Impulsgenerator 284 vorgesehen. Wie in der Zeichnung angedeutet, ist die Impulsbreite eines auf der Leitung 282 erscheinenden, eine Phasenverschiebung von 45 erzeugenden Impulses verhältnismäßig schmal. Einer Phasenverschiebung von 0° ist auf der Leitung 282 überhaupt kein Impuls zugeordnet. Der Impuls für eine 90 -Phasenverschiebung ist annähernd doppelt so breit wie der Impuls für eine 45 -Phasenverschiebung und die längste Impulsdauer wirkt für eine 315 -Phasenverschieb-ung ein. Die Verwendung eines Impulsgenerators 284 zur Bereitstellung einer Gruppe von Impulsen auf den Leitungen 282 mit jeweils irgend einer vorbestimmten Impulsbreite in Zusammenwirkung mit den Multiplex-Wählerschaltern 278 zur Auswahl dieser Impulse ermöglicht den Ausgleich von Nlohtlineäritäten innerhalb der Phasenschieber 48, so daß eine sehr genaue Steuerung der Phasenschieber möglich ist. Insgesamt sind acht Leitungen 282 zur Erzeugung beliebiger Phasenversohiebungsbeträge in der oben genannten Weise in Sohrltten von 45 vorgesehen, was modulo 360 gesohieht. Der Impulsgenerator 284 liefert außerdem ein Zustandssteuersignal über die Leitung 285, welches zur Einstellung und Rückstellung der Phasenschieber in einer im Zusammenhang mit den Figuren 10 und 11 zu erläuternden Weise eingesetzt wird.As' before regarding the creation of the correct magnetization of the ferrite material in each phase shifter of the lens 40 according to FIG Figure 1 was carried out, a voltage pulse of a predetermined duration of a winding surrounding the ferrite material so supplied that the magnetizing flux, which is proportional to the integral of the voltage of the pulse, has the value corresponding to the desired phase shift produce. The pulse duration required to introduce phase shifts of 45 °, 90 °, 135 ° ... 315 °, is experimental determined for the relevant ferrite material used in the phase shifter and for generating the voltage pulses, which occur on lines 282 and the required im- Have pulse width, a pulse generator 284 is provided. As As indicated in the drawing, the pulse width is one which appears on line 282 and produces a phase shift of 45 Impulse relatively narrow. A phase shift of 0 ° is not associated with any pulse on line 282. The momentum for a 90 phase shift is approximate twice as wide as the momentum for a 45 phase shift and the longest pulse duration acts for a 315 phase shift a. The use of a pulse generator 284 to provide a group of pulses on lines 282 with each any predetermined pulse width in cooperation with the multiplex selector switches 278 to select those pulses enables the compensation of non-linearities within the phase shifter 48, so that a very precise control of the phase shifter is possible. There are a total of eight lines 282 for generating any amount of phase shift in the above Way provided in soles of 45 what modulo 360 seen. The pulse generator 284 also provides a state control signal over the line 285, which is used for setting and resetting of the phase shifters is used in a manner to be explained in connection with FIGS. 10 and 11.
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Jede Leitung 280, welche ein ausgewähltes Erregungssignal führt, ist über ein ODER-Schaltglied 286, auf welohes nachfolgend nooh eingegangen werden wird, mit einer Leitung 287 gekoppelt. Jede Leitung 287 und die das Zustandssteuersignal führende Leitung 285 sind in jeweils gesonderten Anschlußkabeln zu den einzelnen Phasenschiebern zusammengefaßt, wobei jedes Anschlußkabel in den Figuren 9 und 1 als die jeweilige, zu einem Phasenschieber führende Leitung 54 bezeichnet ist.Each line 280 carrying a selected excitation signal is via an OR gate 286, on which nooh below is received, coupled to a line 287. Every Line 287 and the line carrying the state control signal 285 are combined in separate connection cables for the individual phase shifters, with each connection cable in the Figures 9 and 1 as the respective leading to a phase shifter Line 54 is designated.
In Figur 10 ist ein schematisches Schaltbild der Treiberschaltung 250 und der Anschlußverbindungen zu den Spulen 288 und 290 des zugehörigen Phasenschiebers 48 wiedergegeben. Die Treiberschaltung 250 enthält digitale Inverter 292, 294, 296 und 298, welche in bekannter Weise eine logische EINS in eine logisohe NULL und umgekehrt umsetzen, NANü-Schaltglieder 300 und 302 und ein Paar von Emitterfolgesohaltungen 304 und 306, welche jeweils Transistoren 308 und 310, Dioden 312 sowie Widerstände 314 und 316 enthalten. Die Emitterfolgeschaltung 304 speist die Spule 290 zur Einstellung des Phasenschiebers 48 auf einen bestimmten Phasenverschiebungswert und die Emitterfolgesahaltung 306 speist die Spule 288 zur Rückstellung des Ferritwerkstoffes des Phasenschiebers 48 auf einen bekannten Bezugszustand des magnetischen Flusses. Es ist jeweils eine Treiberschaltung 250 für jeden der 824 Phasenschieber 46 vorgesehen, wobei die Treiberschaltungen 25O identisch ausgebildet sind und den in Figur 10 gezeigten Schaltungsaufbau besitzen.FIG. 10 is a schematic circuit diagram of driver circuit 250 and the connections to coils 288 and 290 of the associated phase shifter 48 reproduced. The driver circuit 250 contains digital inverters 292, 294, 296 and 298, which convert a logical ONE into a logical ZERO and vice versa in a known manner, NANü switching elements 300 and 302 and a pair of emitter follower mounts 304 and 306, which respectively Transistors 308 and 310, diodes 312 and resistors 314 and 316 included. The emitter follower circuit 304 feeds the coil 290 for setting the phase shifter 48 to a specific Phase shift value and the emitter follower circuit 306 feeds the coil 288 for resetting the ferrite material of the phase shifter 48 to a known reference state of the magnetic flux. There is one driver circuit 250 for each of the 824 phase shifter 46 is provided, the driver circuits 250 being identical to those shown in FIG Own circuit structure.
Im Betrieb nimmt die Treiberschaltung 250 digitale Impulssignale über die Leitungen 285 und 287 auf, invertiert diese Signale mittels der Inverter 292 und 294, wonach dieinvertierten Signale zu dem NAND-Schaltglied 300 gelangen. Zusätzlich wird das auf der Leitung 285 auftretende Signal zusammen mit der invertierten Form des Signales auf der Leitung 287 dem NAND-SohaitgIied 302 zugeführt. Die an den Ausgängen der NAND-Sohaltglieder 300 und 302 auftretenden Signale werden dann nochmals mittels der digi-In operation, driver circuit 250 takes digital pulse signals on lines 285 and 287, inverts these signals by means of inverters 292 and 294, after which the inverted signals get to the NAND gate 300. In addition, that is on signal appearing on line 285 along with the inverted form of the signal on line 287 to NAND gate member 302 fed. The at the outputs of the NAND Sohaltglieder 300 and 302 occurring signals are then again by means of the digital
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talen Inverter 296 und 298 invertiert und den Emitter-Folgeschaltungen 304 und 506 zugeleitet/ Die beiden letztgenannten Schaltungen erhalten in wesentlichen die Wellenformen der Signale, die an den Ausgängen-der digitalen Inverter 296 und 298 auftreten und bewirken eine Leiβtungsverstärkung dieser Signale auf ein für den Betrieb der Spulen 288 und 290 geeignetes Niveau. Die Spule 290 ist mit einen Widerstand 3I8 in Reihe geschaltet, der in Kollektorkreis der Transistoren 508 und 310 zwischen den KoI-lektoranschlüssen und einer Spannungsquelle 320 liegt* Der Widerstand 318 und ein Kondensator 322 dienen als Filter zur Isolation der Spulen 288 und 290 voneinander sowie auch zur Abschwächung von Störungen von der Spannungsquelle 320 her. In gleicher Weise ist die Spule 288 in Reihe mit einem Widerstand 318 la Kollektorkreis der Emitterfolgeschaltung 306 zwischen die Kollektoranschlüsse der Transistoren 508 und 310 und die Spannungsquelle 320 gelegt. Die Widerstände 314 und 316 sind in bekannter Weise so ausgelegt, daß eine geeignete Vorspannung für die Transistoren 308 und 310 erzeugt wird. Die Diode 3i2 verhindert dag Auftreten zu großer negativer Überspannungen, um einen einwandfreien Betrieb der Sohaltung sicherzustellen.Tal inverters 296 and 298 inverted and the emitter follower circuits 304 and 506 / The latter two circuits essentially receive the waveforms of the signals appearing at the outputs of the digital inverters 296 and 298 and bring about a power amplification of these signals level suitable for operation of coils 288 and 290. the Coil 290 is connected in series with a resistor 3I8, the in the collector circuit of the transistors 508 and 310 between the KoI-lektoran connections and a voltage source 320 is * the resistance 318 and a capacitor 322 serve as filters for isolation of coils 288 and 290 from each other as well as for attenuation from interference from voltage source 320. In the same way, the coil 288 is in series with a resistor 318 la collector circuit of the emitter follower circuit 306 between the Collector connections of transistors 508 and 310 and the voltage source 320 laid. Resistors 314 and 316 are known in FIG Designed so that a suitable bias voltage for transistors 308 and 310 is generated. The diode 3i2 prevents dag too large negative overvoltages occur to a to ensure proper operation of the maintenance facility.
Die auf den Leitungen 285 und 287 auftretenden Signale sind in dem Zeitdiagraem nach Figur 11 eingezeichnet. Außerdem sind in Figur Ii die auf den Leitungen 282 auftretenden, in Figur 9 angedeuteten Impulswellenformen gezeigt, wobei in beiden Zeichnung s figuren drei dieser Impulswellenformen durch die Bezugszahlen 324, 326 und 328 bezeichnet sind. Die Wellenformen zeigen einen Teil des taktweisen Steuersignals auf der Leitung oder auf der Leitung 287 gemäß Figur 10, wobei die Impulswel— lenform 32* verhältnismäßig kurze Dauer aufweist, um den richtigen Fluß für eine Phasenverschiebung von 45° zu erzeugen, während die Impulswellenformen 326 und 3Ö8 breiter sind und den richtigen Fluß für Phasenverschiebungen von 90° bzw. 135° hervorbringen müssen. In Figur 11 sind die Impulswellenformen 324, 326 Und 328 als negativ gerichtete Impulse mit einer Spannungsamplitude von beispielsweise 5 Volt dargestellt. Nach dreifacher The signals appearing on lines 285 and 287 are shown in the time diagram according to FIG. In addition, in FIG. Ii those appearing on lines 282 and indicated in FIG Pulse waveforms are shown, three of these pulse waveforms being designated by the reference numerals 324, 326 and 328 in both drawings. The waveforms show a part of the clock-wise control signal on the line or on the line 287 according to FIG. lenform 32 * has a relatively short duration to get the correct Generate flux for a phase shift of 45 ° while the pulse waveforms 326 and 308 are wider and the have to produce the correct flux for phase shifts of 90 ° or 135 °. In Figure 11, the pulse waveforms 324, 326 and 328 shown as negative-going pulses with a voltage amplitude of, for example, 5 volts. After triple
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3098 15/ 109 33098 15/109 3
Inversion mittels der digitalen Inverter 294 und 296 und des NAND-Schaltgliedes 300 erscheinen diese Impulse als positiv gerichteter Impuls an dem Basisanschluß des Transistors 308. Der bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung gültige Zeitmaßstab ist in Figur 11 angegeben und man erkennt, daß das taktweise Steuersignal der Leitung 287 während der ersten 50 Mikrosekunden eine Spannung von Null Volt hat und dann auf einen Wert von 5 Volt übergeht. Das taktweise Steuersignal kehrt zu dem Wert von Null Volt während der Dauer eines den Fluß erzeugenden Signales zurück, wie durch die Impulswellenform 324 gezeigt ist. Es sei darauf hingewiesen, daß das hintere Ende jedes Impulses der Wellenformen 324, 326 und 328 bei 90,625 Mikrosekunden auftritt, daß jedoch die Stirn der jeweiligen Impulse je nach Impulsbreite zu verschiedenen Zeiten auftritt. Da die Phasenschieber 48 Selbsthaltungseigenschaft besitzen, werden ihnen keine weiteren flußerzeugenden Treibersignale zugeführt, bis das Strahlenbündel 56 nach Figur 1 auf eine neue Richtung eingestellt werden soll.Inversion by means of the digital inverters 294 and 296 and the NAND gate 300, these pulses appear to be more positively directed Pulse at the base of transistor 308. That is valid in the preferred embodiment of the invention The time scale is indicated in Figure 11 and it can be seen that the clocked control signal on line 287 during the first 50 microseconds has a voltage of zero volts and then transitions to a value of 5 volts. The clocked control signal returns the value of zero volts for the duration of a flow generating Signal as shown by pulse waveform 324 is. It should be noted that the tail end of each pulse of waveforms 324, 326, and 328 is at 90.625 microseconds occurs, but the forehead of the respective pulses occurs at different times depending on the pulse width. Since the Phase shifter 48 own self-holding property will be them no further flow-generating drive signals are supplied until the beam 56 of Figure 1 is set to a new direction shall be.
Das Schaltzustand-Steuersignal der Leitung 285 ist ebenfalls in Figur 11 dargestellt. Es nimmt während einer Dauer von 55 Mikrosekunden einen Wert von 5 Volt an und hat für die übrige Dauer des Arbeitsspiels den Wert von Null Volt. Während der ersten MikroSekunden, während welchen das taktweise Steuersignal eine niedrige Spannung von Null Volt besitzt und das Schaltzustand-Steuersignal die hohe Spannung von 5 Volt aufweist, erscheint am Ausgang der Emitterfolgeschaltung 304 kein Signal, jedoch tritt ein RUckstellungssignal am Ausgang der Emitterfolgesohaltung 306 auf. Dies läßt sich ohne weiteres durch Verfolgung des logischen Schaltungsweges durch die Inverter 292, 294, 296 und 298 sowie durch die NAND-Schaltglieder 300 und 302 einsehen. Nach einer Zeit von 55 Mikrosekunden, nach welcher die Spannung des Schaltzustand-Steuersignales auf Null abfällt, bleibt der Ausgang des NAND-Schaltgliedes 302 auf seinem hohen Wert, so daß kein RUckstellungssignal am Ausgang der Enitterfolgesohaltung 306 auftreten kann. Da weiterhin das invertierte, den Schaltzu-The switching state control signal of line 285 is also shown in FIG. It lasts for 55 microseconds has a value of 5 volts and has a value of zero volts for the rest of the working cycle. During the first Microseconds during which the clocked control signal a has a low voltage of zero volts and the switching state control signal has the high voltage of 5 volts, no signal appears at the output of the emitter follower circuit 304, however a reset signal occurs at the output of the emitter follower control 306 on. This can be easily done by following the logic circuit path through inverters 292, 294, 296 and 298 as well as through the NAND switching elements 300 and 302. After a time of 55 microseconds, after which the voltage of the switching state control signal drops to zero, the remains The output of the NAND gate 302 is at its high value, so that no reset signal is present at the output of the emitter follow-up circuit 306 can occur. Since the inverted, the switching
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stand steuernde Spannungssignal, welches über den Inverter 292 zu dem NAND-Sohaltglied 300 gelangt", nun einen hohen Spannungswert besitzt, wird das NAND-Sehaltglied 300 erregt und läßt das invertierte Steuersignal aus dem Inverter' 294 duroh, wenn dieses Signal einen hohen Wert besitzt. Dieser hohe Wert wiederum wird während der Dauer der Impulswellenformen 324, 326 und 328 erreicht, zu welcher Zeit die Emitterfolgesohaltung 304 betätigt wird, um das Ferritmaterial des Phasenschiebers 48 im Sinne der Erzeugung der gewünschten Phasenverschiebung zu magnetisieren. Es ist also festzustellen, daß das den Schaltzustand steuernde Signal der Leitung 285 die Zeiten der Einstellung und Rückstellung der Phasenschieber 48 steuert, während das taktweise auftretende Steuersignal der Leitung 287 die Flußmenge bestimmt, welche zur Erzeugung einer bestimmten Phasenverschiebung erforderlich ist.was the controlling voltage signal, which is transmitted via the inverter 292 reaches the NAND holding element 300 ", now has a high voltage value, the NAND holding element 300 is excited and leaves that inverted control signal from inverter '294 duroh when this signal is high. This high value in turn will reached during the duration of pulse waveforms 324, 326 and 328, at what time the emitter sequencer 304 actuates is to magnetize the ferrite material of the phase shifter 48 in the sense of generating the desired phase shift. It should therefore be noted that this is what controls the switching state Signal on line 285 the times of setting and resetting the phase shifter 48 controls, while the cyclic control signal of the line 287 determines the flow rate, which is required to generate a certain phase shift.
Zweckmäßig werden beim Aufbau der Antenne 32 gemäß Figur 1 die Linse 40 und der Hornstrahler 42 in einer in der Zeichnung nicht wiedergegebenen Gehäusekonstruktion angeordnet, welche die Form eines Miniatur-Radoms hat und welche gegenüber der von der Antenne 32 ausgesendeten Strahlung durchlässig ist und die Linse 40 und den Hornstrahler 42 vor Witterungseinflussen sqhützt. Aufgrund dieser Umhüllung oder Kapselung sowie aufgrund des Aufbaues der Linse 40 selbst erfährt diese eine Temperaturerhöhung, welohe durch1 die Verlustwärme aufgrund des Strahlungsdurchganges duroh die Phasenschieber 48 sowie aufgrund der elektrischen Ströme in den Treiberschaltungen 250 gemäß Figur 10 verursaoht wird. Bekanntermaßen verändern sioh die elektrischen Eigensohaften von Ferritwerkstoff, wie er in den Phasenschiebern 48 verwendet wird, mit der Temperatur, was dazu führt, daß eine Kompensation der thermisch verursachten Änderungen der elektrischen Eigenschaften durchgeführt werden soll, wenn eine Antenne 32 gesohaffen werden soll, die eine genaue Strahlenbündelsteuerung ermöglichen soll. Die Erwärmung und ihre Kompensation sollen nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 9 und 12 behandelt werden.When constructing the antenna 32 according to FIG. 1, the lens 40 and the horn antenna 42 are expediently arranged in a housing construction not shown in the drawing, which has the shape of a miniature radome and which is transparent to the radiation emitted by the antenna 32 and the lens 40 and the horn radiator 42 from the effects of the weather. Due to this wrapping or encapsulation and due to the structure of the lens 40 itself, this undergoes a temperature increase, welohe by 1, the heat loss due to the radiation passage duroh the phase shifter 48 as well as due to the electric currents in the driver circuits 250 shown in FIG 10 is verursaoht. It is known that the electrical properties of ferrite material, as used in the phase shifters 48, change with temperature, which means that compensation for the thermally induced changes in the electrical properties is to be carried out when an antenna 32 is to be made that one to enable precise beam control. The heating and its compensation will be dealt with below with reference to FIGS. 9 and 12.
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In Figur 12 ist sohematisoh eine Frontansicht einer Linse 40 gemäß Figur 1 gezeigt, wobei die verschiedenen Phasenschieber 48 in senkrechten Reihen angeordnet sind, welche gegeneinander etwas versetzt sind, um die gitterartige Auebildung von Maxima und Minima zu vermindern. Die senkrechten Reihen von Phasenschiebern im mittleren Teil der Phasenschieberanordnung erstrecken sich vom unteren Rand der Linse 40 zum oberen Rand der Linse, während die den Seiten näherliegenden Reihen der Phasenschieberanordnung etwas kürzer gehalten sind. Die Linse 40 1st In der Darstellung nach Figur 12 in Temperaturzonen unterteilt, wobei die dem unteren Rand nahe Zone einen Temperaturanstieg gegenüber der Umgebung von 6,5° bis 6° eriährt, die untere Mittelzone einen Temperaturanstieg von 6 bis 8 erleidet, die obere Mittelzone einen Temperaturanstieg von 8° bis 10° aufweist und die obere Zone sohließlioh einen Temperaturanstieg von 10 bis 12 erfährt.FIG. 12 also shows a front view of a lens 40 according to FIG Figure 1 shown, wherein the various phase shifters 48 are arranged in vertical rows, which against each other slightly are offset to the lattice-like formation of maxima and Reduce minima. The vertical rows of phase shifters extend in the central part of the phase shifter arrangement from the bottom of the lens 40 to the top of the lens while the rows of the phase shifter arrangement closer to the sides are kept somewhat shorter. Lens 40 is shown according to Figure 12 divided into temperature zones, the lower Near the edge of the zone experiences a temperature increase compared to the surroundings of 6.5 ° to 6 °, the lower central zone a temperature increase from 6 to 8, the upper central zone has a temperature rise of 8 ° to 10 ° and the upper zone Sohließlioh experiences a temperature increase of 10 to 12.
Anhand der Figuren 9 und 12 sei nun gezeigt, daß die Kompensation der thermisch verursachten Änderungen der elektrischen Eigenschaften an den Phasenschiebern 48 duroh Verstärkung der den Fluß erzeugenden Treibersignale für den Ferritwerkstoff durchgeführt wird. Demgemäß werden zusätzliche Treibersignale für die Phasenschieber von dem Impulsgenerator 284 über die Leitungen 230 bereitgestellt und diese Kompensations-Treibersignale haben die Form von Reohteokimpulsen, wobei die Impulsbreitevon dem Wert Null (keine Temperaturkompensation) für die Phasenschieber 48 in der wärmsten Zone naoh Figur 12 bis zu einem Wert von etwa 1,1 Mikrosekunden für die Phasenschieber 48 in der kühlsten Zone nach Figur 12 reicht. Wie ebenfalls aus Figur 12 hervorgeht, gelangen die Kompensations-Treibersignale der Leitungen 230 mit Impulsbreiten von etwa 0,3 Mikrosekunden und 0,6 Mikrosekunden zu den Phasenschiebern 48 in der oberen Temperatur-Mittelzone bzw. der unteren Temperatur-Mittelzone. Die Kompensations-Treibersignale werden von den Leitungen 230 an die in Figur 10 gezeigten Treiberschaltungen 250 Über Leitungen 232 und die ODER-Sohaltkreise 286 gemäß Figur 9 und von dort über die Leitungen 287 angekoppelt. Die Treiberschaltungen 250 spreohenWith reference to FIGS. 9 and 12 it is now shown that the compensation the thermally induced changes in the electrical properties of the phase shifters 48 duroh amplification of the the flux generating drive signals for the ferrite material is carried out. Accordingly, additional drive signals for the phase shifters are supplied from the pulse generator 284 over the lines 230 and these compensation drive signals are in the form of Reohteo pulses, the pulse width of the value zero (no temperature compensation) for the phase shifters 48 in the warmest zone according to FIG. 12 up to a value of about 1.1 microseconds for the phase shifters 48 in the coolest zone of FIG. As also from Figure 12 As can be seen, the compensation drive signals arrive on lines 230 at pulse widths of approximately 0.3 microseconds and 0.6 Microseconds to phase shifters 48 in the upper temperature middle zone or the lower middle temperature zone. The compensation drive signals are fed from lines 230 to those shown in FIG 10 shown driver circuits 250 via lines 232 and the OR gate 286 according to Figure 9 and from there via the Lines 287 coupled. The driver circuits 250 speak
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srsr
aul die Kompensations-Treibersignale, welche über die Leitungen
287 zugeführt werden, in derselben Weise an, wie zuvor hinsichtlich der ebenfalls über die Leitungen 287 zugeführten, taktweisen
Steuersignale ausgeführt wurde. Wie in dem Zeitdiagramm nach Figur 11 gezeigt ist, werden die Kompensätions-Treibersignale,
weiche in dem Diagramm mit "TEMP COMP" bezeichnet sind, zweckmäßig
unmittelbar nach Beendigung des Impulses 324, 326 oder
328 des Steuersignales zugeführt.aul the compensation driver signals which are transmitted over the lines
287 are supplied, in the same way as was previously carried out with regard to the clock-wise control signals also supplied via the lines 287. As shown in the timing diagram of Figure 11, the compensation drive signals,
which are designated in the diagram with "TEMP COMP", expediently immediately after the end of the pulse 324, 326 or
328 of the control signal.
In Figur 13 ist schließlich ein Zeitdiagramm oder ein Zeitplan
des in Figur 1 gezeigten Systems abgebildet. Das Zeitdiagramm
besteht aus aufeinanderfolgenden, einander abwechselnden Intervallen
mit den Bezeichnungen A und B, wobei der erstgenannte Intervall eine Dauer von 90 iHikrosekunden und der letztere Intervall
eine veränderliche Dauer von 660 Mikrosekunden ,bis 1000
MikroSekunden aufweist. Während des Intervalls A liefert der
Reohner 86 die Winkelinformationen zur Ausrichtung des Strahlenbündels
56 und die Strahlsteuerungseinheit 88 stellt die Phasenverschiebungen
an den Phasenschiebern 48 so ein, daß sich die
gewünschte Strahlrichtung ergibt. Während des Intervalls B nimmt das System 30 Verbindung mit dem Flugzeug 34 auf, indem Strahlungsenergie
zwischen der Antenne 32 und dem Flugzeug 34 ausgesendet
bzw. empfangen wird. Diese Verbindung mit dem Flugzeug 34
kann durch Verwendung eines Transponders oder einer Wiederholerbake
234 verbessert werden, welche gemäß Figur 1 in dem Flugzeug
34 angeordnet ist und zur Identifizierung des Flugzeugs sowie
zur Lieferung zusätzlicher Daten wie beispielsweise der Flughöhe dient. Während des Intervalls B ermittelt der Rechner 86
aufgrund der Bewegungsdaten des Flugzeugs 34, die von der Antenne 32 sowie von dem Luftraum-Überwachungsradar 120 und von den
am Steuerpult 92 eingegebenen Daten abgeleitet werden, die nächste Richtung des Strahlenbündels 96.Finally, FIG. 13 shows a timing diagram or schedule
of the system shown in Figure 1. The timing diagram
consists of successive, alternating intervals with the designations A and B, the former having a duration of 90 microseconds and the latter interval a variable duration from 660 microseconds to 1000
Has microseconds. During the interval A, the delivers
Reohner 86 the angle information for aligning the beam 56 and the beam control unit 88 sets the phase shifts on the phase shifter 48 so that the
results in the desired beam direction. During the interval B, the system 30 establishes communication with the aircraft 34 by transmitting and receiving radiant energy between the antenna 32 and the aircraft 34. This connection with the aircraft 34 can be improved by using a transponder or a repeater beacon 234, which is arranged in the aircraft 34 according to FIG. 1 and is used to identify the aircraft and to provide additional data such as the flight altitude. During the interval B, the computer 86 determines
based on the movement data of the aircraft 34 received from the antenna 32 as well as from the airspace surveillance radar 120 and from the
Data entered at the control panel 92 are derived, the next direction of the beam 96.
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Claims (25)
voneinander verändernde und dadurch die Richtung einer resultierenden Wellenüront verändernde Phasenschieberanordnung (40 bzw. 140 bzw. 148) und durch eine im Abstand von dieser und im Gang
der die Phasensohieberanordnung treffenden Strahlen gelegene Ablenkeinrichtung (38 bzw. 144 bzw. 154), welche die Richtung einzelner, auf sie treffender Strahlungsstrahlen im Verhältnis zueinander entsprechend der jeweils aufgeprägten Phasenlage so ändert, daß im wesentlichen unabhängig von der Richtung eines der Ablenkeinrichtung zugeordneten Strahlenbündels (56) dessen
Richtcharakteristik gleich bleibt. Ij device for focusing wave energy, especially for antennas, characterized by the fact that the phase position of individual radiation beams is independent of one another
phase shifter arrangement (40 or 140 or 148) that changes from one another and thereby changes the direction of a resulting wavefront and by one at a distance from this and in the passage
the deflection device (38 or 144 or 154) located on the beams hitting the phase shifter arrangement, which changes the direction of individual radiation beams impinging on them in relation to one another in accordance with the respectively impressed phase position so that essentially independently of the direction of a beam assigned to the deflection device ( 56) of that
Directional characteristic remains the same.
Verzögerungsverhaltens gegenüber der auf sie treffenden Wellenenergie aufweist (Figur 2).3. Device according to claim 2, characterized in that the lens (144) elements or areas are each different
Has deceleration behavior with respect to the wave energy impinging on it (Figure 2).
Oberfläche durch Rotation einer Kegelschnittkurve gebildet ist.4. Device according to claim 1, characterized in that the deflecting device has the shape of a reflector (38) whose
Surface is formed by rotating a conic curve.
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