DE2540763A1 - Strahleranordnung fuer die gemeinsame antenne eines primaer/sekundaer- radars mit einem kontrollkanal - Google Patents

Description

12.9.1975 8454-IV/He,

' Thomson-CSF/PaiAs, Bid. Haussmann 173 (Frankreicn)

"Strahleranordnung für die gemeinsame Antenne eines Primär/Sekundär-Radars mit einem Kontrollkanal"

Priorität vom 13. September 1974 aus der französischen Patentanmeldung 74 31 152

Unter einer gemeinsamen Antenne für ein Primär- und ein Sekundärradar wird eine solche mit einem einzigen Reflektor verstanden, der derart gespeist wird, daß er die Sendeenergie in den Raum zu Ortungszwecken abstrahlen kann, was als Primärradarbetrieb bezeichnet wird, und daß er außerdem ein Abfragesignal an ein geortetes Ziel abstrahlen kann, das mit einer Antwortbake od. dergl. ausgerüstet ist, die automatisch die Antwort auf die Abfrage abstrahlt, was als Sekundärradarbetrieb bezeichnet wird.

Der Abfrage-Antennenstrahl ist ein Richtstrahl, der in die Richtung weist, in der das Plugzeug od. dergl. geortet wurde; ungeachtet dessen geschieht es jedoch auch, daß die Antwortbake an Bord eines Plugzeuges auch durch Nebenkeulen des Abfragediagramms ausgelöst wird, deren Pegel in bezug auf diejenige der Hauptkeule verhältnismäßig hoch sein kann. Um dem abzuhelfen, versieht man die betrachtete gemeinsame Antenne mit sogenannten Kontrolleinrichtungen, zu denen Strahler gehören, die bei der Abfrage und beim Empfang der Antwort der abgefrag-

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ten Antwortbake durch den betreffenden Empfänger beteiligt sind und die ein Diagramm haben, das nahezu Rundstrahlercharakter aufweist und dessen Pegel so hoch liegt, daß es die Nebenkeulen des von der Hauptantenne abgestrahlten Diagrammes überdeckt.

Diese Anordnung ermöglicht es, durch in geeigneten Schaltungen durchgeführten Vergleich der Amplitude der von der Bake empfangenen Impulse und der Kontrollimpulse den als Antwort auf eine Abfrage durch die Hauptkeule empfangenen Impuls zu bestimmen.

Die Kontrolleinrichtungen, die zur Realisierung dieses Kontrolldiagrammes dienen und die am Senden eines Abfragesignals und am Empfang eines Antwortsignales von einem abgefragten Ziel mitwirken, sollen so beschaffen sein, daß die Verstärkung der zugehörigen Kontrollkanäle größer als diejenige der Abfrage- und Empfangskanäle in denjenigen Winkelbereichen ist, in denen die Nebenkeulen des Abfrage-Richtdiagramms liegen, jedoch sehr viel kleiner in der HauptStrahlrichtung des letzteren ist.

Bei bisher üblichen Anlagen sind die Kontrolleinrichtungen entweder körperlich getrennt von der Hauptantenne, bestehj-en nämlich in einer neben der Hauptantenne angeordneten Rundstrahlantenne, oder körperlich vereinigt mit der Hauptantenne, wobei die Kontrollfunktion mittels der Sekundärradarantenne erzeugt wird, die während einer bestimmten Zeit so gespeist wird, daß sich ein Differenzdiagramm ergibt, während das Diagramm, mit dem die Abfrage durchgeführt wird, ein Summendiagramm ist.

Trotz dieser Vorkehrungen kommt es jedoch vor, daß das Strahlungsdiagramm der Kontrolleinrichtungen seine Aufgabe nicht vollständig erfüllt, sei es, weil es keine vollständige Rund-

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strahleharakteristik hat, sei es, weil einzelne Nebenkeulen des Haupt-Richtdiagramms■verhältnismäßig hoch sind und nicht überdeckt werden; in gewissen Fällen geschieht es auch, daß die Hauptkeule selbst durch das Rundstrahldiagramm überdeckt oder ausgelöscht wird, sofern ihr Pegel zu gering ist. Außerdem sind die Kontrolldiagramme durch bestimmte äußere Betriebseinrichtungen, wie beispielsweise Radoms, unter denen die Antennen angeordnet sind, störbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Strahleranordnung der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, mit der die vorstehend erwähnten Nachteile vermieden werden und die es gestattet, das Diagramm des Kontrollkanals des Sekundärradars zu optimieren.

Diese Aufgabe ist durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausfuhrungsformen und Weiterbildungen dieser Strahleranordnung aufgeführt.

In der Zeichnung ist die Strahleranordnung nach der Erfindung anhand beispielsweise gewählter Ausführungsformen, deren Einzelheiten und der erzielbaren Diagramme schematisch vereinfacht wiedergegeben. Es zeigt:

Pig. 1 die schematische Darstellung der gemeinsamen Antenne eines Primär/Sekundär-Radars mit einer aus einem strahlenden Dipol und einem passiven oder reflektierenden Dipol bestehenden Strahleranordnung,

Pig. 2 eine teilweise im Schnitt gehaltene Darstellung der Strahleranordnung, bestehend aus einem aktiven Teilmantel-Dipol und einem zugeordneten passiven Dipol und

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Fig. 3 das Strahlungsdiagramm der Strahleranordnung nach Fig. 2.

Die Vorteile einer aus einem Primärradar und einem Sekundärradar bestehenden Radaranlage für die Luftraumüberwachung insbesondere im Umkreis von Flughafen brauchen nicht im einzelnen erläutert zu werden. Das Primärradar ortet die Flugzeuge nach Richtung und Entfernung und das Sekundärradar fragt sie ab, wobei hierzu an Bord der Flugzeuge vorgesehene Antwortbaken an die Abfragestelle Informationen hinsichtlich der Flughöhe, der Identität, der Geschwindigkeit u.s.w. abgeben. Die Abfrage der Flugzeuge durch das Sekundärradar erfolgt in der durch das Primärradar festgestellten Richtung des georteten Flugzeugs, so-daß es naheliegt, entweder die Antennen der zwei Radargeräte miteinander zu koppeln oder nur eine einzige Antenne zu verwenden, die in der Lage ist, beide vorstehend genannten Aufgaben zu erfüllen. Wie jedoch einleitend ausgeführt wurde, besitzt ein Primär- und -ei» Sekundärradar Nachteile, die seinen ordnungsgemäßen Betrieb und seine Leistungsfähigkeit beeinträchtigen. Insbesondere weist das Strahlungsdiagramm des Sekundärradars neben der Hauptkeule, die die Abfrage überträgt und die Antwort des abgefragten Flugzeugs empfängt, Nebenkeulen auf, deren Pegel oder Gewinn noch hinreichend hoch sein kann, daß außer der oder statt der Antwortbake des tatsächlich abgefragten Flugzeugs auch noch die Antwortbake eines anderen Flugzeugs ausgelöst werden kann.

In diesem Fall kann es zu Fehlern kommen, deren Folgen gefährlich werden können.

Es wurde daher schon versucht, diese Nachteile durch Unterdrückung der Nebenkeulen oder Nebenzipfel des Abfragediagramms zu beseitigen. Das hierzu verwendete Verfahren besteht darin,

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diese Nebenkeulen durch ein Diagramm mit Rundstrahlcharakteristik zu überdecken, das ausgehend von Kontrollstrahlerelementen, die eine getrennte, Kontrollantenne genannte Antenne bilden, oder auch die Nebenkeulen durch ein Differenzdiagramm zu überdecken, das ausgehend von dem in geeigneter Weise gespeisten Abfragekanal erzeugt wird.

Diese Maßnahmen haben sich jedoch nicht als hinreichend erwiesen und beispielsweise im Fall einer überdeckung der Nebenkeulen des Abfragediagrammes durch ein RundStrahldiagramm ist diese überdeckung unvollständig, und zwar häufig aufgrund von äußeren Ursachen wie dem Radom u. dergl.

Die Erfindung strebt nun die Bildung eines Rundstrahldiagrammes von beträchtlichem Gewinn an, das das gesamte Abfragediagramm überdecken kann, jedoch wird in Richtung der Abfrage-Hauptkeule und über einen der Breite dieser Keule in der Seitenrichtung entsprechenden Winkel ein Einschnitt derart erzeugt, daß lediglich die Abfrage-Hauptkeule von dem vollständigen Abfragediagramm übrigbleibt.

Ausgehend von einer gemeinsamen Antenne, die die Punktion des Primärradars und des Sekundärradars in sich vereinigt, wird hierzu an oder in unmittelbarer Nähe des Aufbaues des einzigen Reflektors ein Kontrollstrahler oder eine Kontrollstrahleranordnung angebracht.

Fig. 1 zeigt eine solche Antenne in schematischer Form, die mit einem einzigen Strahlerelement (in diesem Beispiel), einem Teilmantel-Dipol mit Reflektor, arbeitet. Der Reflektor 1 der Antenne wird durch einen Primärstrahler 2 ausgeleuchtet, der den Sende/Empfangs-Strahler in der Primärradarfunktion und den Sende/Empfangs-Strahler des Richtkanales der Sekundärradarfunktion bildet. Das das Kontrolldiagramm im vorstehend er-

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läuternden Sinne schaffende Strahlerelement ist mit 3 bezeichnet und befindet sich auf dem oberen Rand des Reflektors 1.

Dieses Strahlerelement 3 ist ein Teilmantet-Dipol in Verbindung mit einem passiven Reflektor-Dipol.

Das durch einen Teilmantel-Dipol erzeugte Strahlungsdiagramm hat nämlich keine hinreichende Rundstrahlcharakteristik. Es muß nämlich ein gutes Überdeckungsverhältnis sowohl der Abfragewinkelbereiche als auch der Empfangswinkelbereiche sichergestellt werden, die vereinbar mit der in der Höhenebene geforderten großen winkelmäßigen Öffnung sind. Diese Forderung beeinträchtigt den Rundstrahlcharakter des Diagramms. Darüber hinaus und zufolge von zufälligen Schwankungen des Energiepegels längs eines Schnittes in der Seitenebene ist eine Konstanz des Öffnungswinkelbogens schwer zu erzielen.

Nach der Erfindung ist dem Teilmantel-Dipol ein passiver Reflektor-Dipol zugeordnet, der vor ersterem in der Strahlungsrichtung derart liegt, daß er in dem angestrebten Rundstrahldiagramm einen Einschnitt über einen Winkelbereich erzeugt, der auf den Abfragewinkel ausgerichtet ist, welch letzterer die Hauptkeule des Richtstrahles der Abfrage- und Kontrollkanäle der Sekundärradarfunktion enthält.

Fig. 2 zeigt die Strahleranordnung aus einem Teilmantel-Dipol mit seinem Reflektor, welche Strahleranordnung in der Fig. 1 mit 3 bezeichnet ist.

Der Dipol 4 ist ein aktives Strahlerelement, das einen Strahlerstab 5 umfaßt, dessen Länge im gewählten Beispiel gleich einem Viertel der Betriebswellenlänge ist, und der außerdem eine &/ⁱi-Koaxialfalle 6 umfaßt, die ihn umgibt. Dieser Dipol

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wird durch eine Koaxialleitung gespeist, die einen Impedanztrans format or 7 zur Anpassung der Impedanz des Dipols an diejenige der Speiseleitung enthält. Mit 8 ist ein Schutzradom aus einem dielektrischen Werkstoff bezeichnet. Der Dipol wird an seinem Fuß durch eine radiale λ/4-Falle 9 vervollständigt, die eine Verminderung der Kreisströme auf der Dipolbasis bewirkt .

Diesen^ktiven Dipol 4 ist ein passives Element 10 zugeordnet, bestehend aus einem Reflektorstab, der im Abstand von etwa Λ/4 von der Achse 11 des aktiven Elementes angeordnet ist. Diese zwei aktiven und passiven Elemente sind durch eine Reflektorplatte 12 verbunden und vervollständigt.

Fig. 2 zeigt in schematischer Form das mit der Strahleranordnung nach 2 erzielte Strahlungsdiagramm.

In der Vertikalebene, beispielsweise definiert durch die Achse 11 des aktiven Elementes der betrachteten Strahleranordnung und durch eine Winkelrichtung 13 in der zu der Achse 11 normalen, beispielsweise horizontalen Ebene H, wobei die Winkelrichtung 13 durch diese Achse 11 und durch die Achse

14 des zugeordneten passiven Elementes verläuft, ist der Gewinn des Strahlungsdiagramms in dieser Richtung kleiner als derjenige in jeder anderen Winkelrichtung im nutzbaren Volumen 15 der Antenne.

Das Strahlungsdiagramm in der Ebene V erhält seinen Verlauf aufgrund der Reflektorplatte 12 und der Fehlanpassung durch die den Dipolkörper umgebende λ/4-Falle 9· Eine Drehung der zuvor definierten Ebene V um eine zur Achse 11 des aktiven Dipols parallele Achse 16, die elektrisch gesehen der Ort des Phasenzentrums der vollständigen Antenne ist, legt ein Volumen

15 fest, dessen Ringform einen Einschnitt 17 in dem Winkelbe-

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reich aufweist, der die Richtung 13 enthält, längs welcher die durch den einzigen Reflektor 2 der Pig. I festgelegte Hauptkeule des Abfragediagramms erstreckt.

Vorstehend wurde somit ein strahlender Dipol mit Reflektor beschrieben, der insbesondere für eine gemeinsame Antenne eines Primär/Sekundär-Radars verwendbar ist, welches Kontrolleinrichtungen für die Abfrage, bestehend aus einer im Aufbau des gemeinsamen Reflektors befindlichen Strahleranordnung, umfaßt .

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Claims (4)

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Thomson - CSP

Patentansprüche:

/Iy Strahleranordnung aus einem strahlenden Dipol und einem passiven Dipol, angebracht an oder in der Nähe des einzigen Reflektors einer gemeinsamen Antenne eines Primär/Sekundär-Radars, das einen Kontrollkanal für den Abfragekanal besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der strahlende Dipol ein Teilmantel-Dipol (4) ist, daß der passive Dipol (10) im Abstand von λ/4 von dem strahlenden Dipol angeordnet ist und daß beide Dipole (4, 10) auf einer Reflektorplatte (12) sitzen.

2. Strahleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Strahler für den Kontrollkanal der gemeinsamen Antenne des Primär/Sekundär-Radars verwendeten Dipole so angeordnet sind, daß sich der passive Dipol (10) vor dem strahlenden Dipol (4) befindet.

3. Strahleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlerstab (5) des strahlenden Dipols (4) von einer koaxialen Falle (6) umgeben ist und der Fuß des strahlenden Dipols auf einer radialen λ/4-Falle (9) sitzt.

4. Gemeinsame Antenne für ein Primär/Sekundär-Radar mit Kontrollkanal, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontrollkanal eine oder mehrere Strahleranordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 3 umfaßt.

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