DE3878720T2

DE3878720T2 - Adaptives antennensystem fuer hochfrequenz, insbesondere fuer den uhf-bereich.

Info

Publication number: DE3878720T2
Application number: DE8888106723T
Authority: DE
Inventors: Jean-Jacques Bernard; Jean Robieux
Original assignee: Alcatel Alsthom Compagnie Generale dElectricite
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1987-04-27
Filing date: 1988-04-27
Publication date: 1993-06-09
Anticipated expiration: 2008-04-28
Also published as: ES2039495T3; ATE86412T1; US4864310A; FR2614471A1; DE3878720D1; CA1283972C; FR2614471B1; EP0288988A1; EP0288988B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein anpassungsfähiges Antennensystem für Hochfrequenzwellen, insbesondere für Mikrowellen.
Bekanntlich wird ein Antennensystem als anpassungsfähig bezeichnet, wenn man von einer zum Senden benutzten feststehenden Antenne aus die Richtung des Strahls ändern kann, der von der Antenne ausgesandt wird. Wird die Antenne zum Empfangen benutzt und kann Richtstrahlen verschiedener Herkunft empfangen, wird von einer zentralen Einrichtung des Systems ein einzelner dieser Strahlen ausgewählt, wobei es die Richtung des so gewählten Strahls ist, die von einem anpassungsfähigen System geändert werden kann. Die Antenne kann natürlich auch beweglich sein. Dann ist es die Richtung des Strahls relativ zur Antenne, die ein anpassungsfähiges System ändern kann. Die Richtungsanpassung kann durch eine Anpassung ergänzt werden, die sich auf die Form des Strahlungsdiagramms erstreckt.
Das Interesse an solchen Anpassungen ergibt vor allem aus der Tatsache, daß die elektromagnetischen Wellen, insbesondere die Mikrowellen, für den Fernmeldeverkehr im erheblichen Umfange benutzt werden und daß sie auch für die elektromagnetische Erfassung der Position und der Form von Objekten durch Systeme benutzt werden, die man als Radarsysteme bezeichnet. Bei beiden wichtigen Anwendungsklassen erweist es sich als nützlich, über Antennen zu verfügen, deren Strahlungsdiagramm entsprechend der Weiterentwicklung der im Laufe der Zeit zu erfüllenden Aufgaben angepaßt werden kann.
Beispielsweise muß ein Fernmeldesatellit eine Informationsübertragung zwischen Punkten einer bestimmten Zone der Erde ermöglichen. Die Antenne muß diese Zone trotz der Translations- und Rotationsbewegungen des Satelliten fortlaufend anstrahlen bzw. anpeilen. Um einen optimalen Wirkungsgrad des Fernmeldesystems zu erzielen, ist es erforderlich, den Strahl der Antenne so zu lenken, daß er andauernd auf die Oberfläche strahlt, innerhalb deren man die Nachrichtenverbindungen herstellen will.
Eine Radaranlage ist besonders wirksam, falls man den Strahl der Antenne flexibel und schnell auf die verschiedenen angepeilten Ziele ausrichten kann, d.h., auf diejenigen Ziele, die man ganz besonders beobachten will.
Es ist also mindestens bei den beiden genannten Anwendungstypen wünschenswert, über ein anpassungsfähiges Antennensystem zu verfügen. In den allermeisten Fällen ist es erwünscht, daß das System selbstanpassend ist, d.h. daß seine Anpassung unter der Einwirkung von Signalen, die von dem angepeilten Ziel ausgesandt oder reflektiert werden, automatisch erfolgt.
Es sind verschiedene anpassungsfähige Antennensysteme bekannt, bei denen das Strahlungsdiagramm eines Systems an eine bestimmte Aufgabe durch Einwirkung auf die Amplitude und die Phase seiner Strahlungswellen angepaßt werden kann (HUD- SON, J.E., "Adaptive array principles", IEE Electromagnetic Waves Series No. 11, 1981 Peter Peregrinus Ltd.). Eine besonders wichtige Anwendung für die Satellitentechnik ist die Sperrung von Störsendern (COHEN, M. "Etude theorique et experimentale d'une antenne reseau adaptative". Promotions-Dissertation Ecole Nat. Sup. Aéronautique Espace Nr. 82, 1983); (COHEN, M., COMBES, P.F. und MAGNAN, J.C. "Adaptive arrays antenna performances". Berichte der 4. Int. Conf. on Antennas and Propagation, April 1985. Warwick, p. 241-245 TEE. Conf. Publ.).
In diesem Falle ist die Verbindung durch das Verhältnis (Q) zwischen Signal (S) und Rauschen (B) plus der Interferenz (I) gekennzeichnet, wobei angenommen ist, daß sich die Interferenzquelle im Sichtbereich der Antenne befindet, so daß sich ergibt:
Q = S/(B + I)
Es gibt Anpassungmethoden, die es erlauben, für jede Störkonfiguration eine Einspeiseregel für n Quellen der Antenne aufzustellen, die die Beeinträchtigung des Nutzsignals minimiert und das Verhältnis Q optimiert (APPLEBAUM (S), "Adaptive arrays", IEEE Trans. Ant. and Prop (USA) AP.24, Nr. 5, Sept 1976).
Diese Systeme weisen insbesondere den Nachteil auf, daß sie relativ komplex, teuer und schwer sind.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist insbesondere die Schaffung eines anpassungsfähigen Antennensystems für Hochfrequenzwellen, insbesondere für Mikrowellen, das einfacher und/oder leichter und/oder billiger als die bekannten Systeme ist.
Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung durch das im Hauptanspruch definierte System erreicht. Was bevorzugte Merkmale der praktischen Umsetzung der Erfindung anbetrifft, wird auf die nachgeordneten Ansprüche verwiesen.
Nachfolgend wird anhand der beigefügten schematischen Figuren im einzelnen und beispielshalber ohne Beschränkungsabsicht beschrieben, wie die vorliegende Erfindung im Rahmen der obigen Darlegungen praktisch ausgeführt werden kann. Wenn in mehreren Figuren ein gleiches Element dargestellt wird, ist es durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet.
Fig. 1 stellt ein Blockschaltbild eines zusammengesetzten Sendekanals eines erstens Systems gemäß der Erfindung dar;
Fig. 2 stellt ein Blockschaltbild eines zusammengesetzten Empfangskanals desselben Systems dar;
Fig. 3 stellt ein Blockschaltbild eines peripheren Teils dar, das zum Teil beiden Kanälen gemeinsam ist:
Fig. 4 stellt ein Blockschaltbild einer Gruppe zusammengesetzter Sendekanäle desselben Systems dar;
Fig. 5 stellt ein Blockschaltbild einer Gruppe zusammengesetzter Empfangskanäle desselben Systems dar; und
Fig. 6 stellt ein Blockschaltbild eines optischen Teils eines zusammengesetzten Kanals eines alternativen Systems gemäß der Erfindung mit einem optischen Phasensteuerungsglied dar.
Die vorliegende Erfindung verwendet, beispielsweise im Falle der Aussendung einer Mikrowellenstrahlung, eine neue Methode der Verteilung der Amplitude und der Phase des elektromagnetischen Feldes über die Oberfläche der Antenne, um die Selbstanpassung des ausgesandten Richtstrahles zu ermöglichen. Sie macht sich die Eigenschaften optischer Wellenleiter und Halbleiterlaser zunutze, deren Frequenz durch Anpassen des Zusammensetzung des verwendeten Materials gewählt werden kann.
Im Falle eines Fernmeldesatelliten soll das selbstanpassende System zur Steuerung des Strahls trotz der Abmessung der Antenne, die groß sein kann, leicht sein. Die Zuverlässigkeit des Systems soll groß und sein Preis annehmbar sein. Bei allen Anwendungen sind diese Merkmale wesentlich.
Gemäß der Erfindung führt ein optisches Verfahren zur Verteilung der Amplitude und der Phase der Mikrowelle zu leichten, leistungsfähigen Systemen und zu einem Preis, der sich oft als angemessen erweist.
Das angewendete Prinzip besteht in folgendem:
- man erzeugt in einer Zentraleinrichtung, die sich in der zuvor erwähnten "inneren" Zone befindet, ein Mikrowellensignal bzw. eine "Mikrowelle" und verteilt diese Welle durch optische Wellenleiter über die Oberfläche der Antenne.
In dieser inneren Zone werden die Phase und möglicherweise die Amplitude des Feldes in jedem Punkte des Antenne entweder durch direkte Einwirkung auf die Mikrowelle, oder indirekt über eine optische Welle eingestellt.
Eine grundlegende Neuheit der Erfindung besteht darin, Nutzen aus den Möglichkeiten zu ziehen, die optische Mittel bieten, um in einfacher, leichter und relativ billiger Weise das Mikrowellenfeld über die Oberfläche der Antenne zu verteilen. Amplitude und Phase der Welle werden in der inneren Zone durch Methoden erzeugt, die mit Mikrowellen arbeiten oder optischer Natur sind. Die Steuerung der Amplitude und der Phase der Welle wird durch elektronische Verfahren bewirkt, die eine rasche Selbstanpassung des ausgesandten Strahls ermöglichen.
Zunächst soll die Anzahl der unabhängig auf der strahlenden Oberfläche anzuregenden Elementarquellen in Abhängigkeit von der Wellenlänge L, dem Durchmesser a der Oberfläche und dem Winkel A berechnet werden, innerhalb dessen man die Ausrichtung des Strahls wählen können muß. Jede dieser Quellen besteht aus einem der genannten Antennenelemente. Dann soll die Struktur eines zusammengesetzten Kanals entsprechend einem solchen Element behandelt werden und anschließend soll das ganze System beschrieben werden.
Die Anzahl n der auf der strahlenden Oberfläche anzuregenden Elementarquellen wird wie folgt ermittelt:
Falls alle Elemente der Antenne phasengleich angeregt werden, nimmt die Strahlung in der Normalen zur Ebene der Antenne ein Maximum an. Die Breite 2B&sub0; des Winkels, innerhalb dessen die Energie abgestrahlt wird, ist durch die Beugungsgesetze gegeben. Es gilt
2B&sub0; = L/a (1)
Nun sei die Oberfläche der Antenne in quadratische Elemente mit der Seitenlänge b unterteilt. Weiter werde die Phase des Mittelpunktes dieser Elemente so gewählt, daß die Strahlung der Antenne in einer Richtung verläuft, die mit der Normalen einen Winkel B&sub1; bildet. Damit die Strahlung in dieser Richtung, bei akzeptabler Qualität des Strahlungsdiagramms, möglich ist, muß die Raleigh'sche Bedingung erfüllt werden. Die von den Elementarquellen mit der Seitenlänge b gebildete Wellenoberfläche darf nicht um mehr als L/4 von einer senkrecht zu der durch den Winkel B&sub1; definierten Richtung verlaufenden Ebene abweichen. Es muß also folgende Bedingung erfüllt werden:
b/2 x B&sub1; kleiner oder gleich L/4.
Die kleinste Anzahl der Elementarquellen beträgt also:
b = L/2B&sub1; (1')
Es gilt somit:
n = (a/b)² = (a/L)² / (b/L)² = B&sub1;²/B&sub0;² (2)
Man sieht also, daß die Strahlungseigenschaft einer Antenne durch zwei Parameter gekennzeichnet werden kann:
2B&sub0; : Breite des ausgesandten Strahls
2B&sub1; : Breite des Winkels, innerhalb dessen die Strahlungsrichtung verschoben werden kann.
Das Verhältnis (B&sub1; / B&sub0;)² wird durch die Beziehung (2) wiedergegeben. Die Beziehung entspricht der Anzahl n der Elementarquellen, die man unabhängig einspeisen kann.
Es sei beispielsweise eine strahlende Antenne mit L = 5 cm betrachtet, deren Durchmesser a = 1 m beträgt. Die Breite 2B&sub0; des ausgesandten Strahls beträgt dann:
2B&sub0; = 0,05 im Bogenmaß oder ungefähr 3 Grad.
Die Beziehung (2) erlaubt es, das Verhältnis B&sub1; / B&sub0; durch die Gleichung (B&sub1; / B&sub0;)² = n zu bestimmen.
Für: n = 10 ergibt sich: 2B&sub1; = 0,15 rad. = 10º
n = 100 ergibt sich: 2B&sub1; = 0,45 rad. = 30º
n = 10³ ergibt sich: 2B&sub1; = 1,5 rad. = 90º
Bei dieser typischen Antenne kann man den Strahl innerhalb eines Bereiches von 10º verschieben, falls n = 10 ist und um 30º, falls n = 100 ist. Diese Größenordnungen entsprechen Winkeln, die genügend groß sind, um wichtige Anwendungen zu ermöglichen. Weiter unten wird insbesondere der Fall betrachtet, bei dem n = 10 und n = 100 ist.
Die Steuerung der Amplitude und der Phase einer Elementarquelle beruht auf den nachfolgenden Überlegungen:
Die Blockschaltbilder der Figuren 1 und 2 stellen die Mittel zur Anregung einer Elementarquelle und zum Empfangen eines von einem Elementarempfänger ausgesandten Strahls mit elektrisch steuerbarer Amplitude und Phase dar, wobei die Quelle und der Empfänger jeweils aus einem gleichen Antennenelement EA1 bestehen. Die Gesamtheit dieser Mittel bildet die weiter oben erwähnten zusammengesetzten Sende- und Empfangskanäle entsprechend diesem Element.
Zum Senden (siehe Fig. 1) bildet ein Mikrowellensender EH die weiter oben erwähnte zentrale Einrichtung. Zum Empfangen ist es ein Empfänger RH, der diese Einrichtung bildet (siehe Fig. 2).
Die ausgesandte Welle läuft vom Mikrowellensender zum Element EA1 der Antenne, wo sie abgestrahlt wird. Die bei EA1 empfangene Welle läuft zum Empfänger RH. In der peripheren Zone, d.h. in der Nähe der Antenne, werden die ausgesandten und empfangenen Wellen durch einen nichtreziproken Verbindungsübergang CI, Zirkulator genannt und beispielsweise mit Ferriten ausgestattet, auf zwei unterschiedliche Pfade geleitet. Diese Laufwege der ausgesandten und empfangenen Wellen sind in Fig. 3 schematisch dargestellt.
Die Steuerung der Amplitude und der Phase eines Antennenelementes EA1 erfordert im Sendekanal:
- einen Mikrowellensignalsender EH, der durch das zu übertragende Informationssignal moduliert wird,
- einen Sendevaraktor VE1, der die Phase dieses Mikrowellensignals steuert und das Phasensteuerungsglied bildet,
- einen Sendelaser LE1, der eine vom Mikrowellensignal modulierte Lichtstrahlung aus sendet und ein inneres Transformationsglied bildet,
- einen sendeseitigen Zwischenzonenlichtwellenleiter GE,
- einen Lichtwellendetektor DE1 zur Wiederherstellung des Mikrowellensignals, wobei dieser Detektor ein peripheres Transformationsglied bildet, und
- einen Sendeverstärker AE1 zur Speisung des Antennenelementes EA1, wobei der Verstärkungsgrad jedes Analogverstärkers AE1, AE2 ... AEp so gewählt und möglicherweise steuerbar ist, daß eine Anpassung des Strahlungsdiagramms erzielt wird.
Es wird weiter ein innerer Mikrowellenleiter HIE1, der vom Sender EH bis zum Sendelaser LE1 führt, und ein peripherer Mikrowellenleiter HPE1, der vom Detektor DE1 bis zum Verstärker AE1 reicht, benötigt. Dieser Verstärker ist durch eine Leitergruppe HP1, welche die anhand der Fig. 3 beschriebenen Glieder umfaßt, an das Antennenelement EA1 angeschlossen. Es sei darauf hingewiesen, daß die oben genannten Glieder mit der Ziffer 1 am Ende ihres Bezugszeichens Beispiele für das Antennenelement EA1 darstellen. Jedem Antennenelement EAi entsprechen äquivalente Glieder, deren Bezugszeichen mit der Ziffer i enden.
Der Empfangskanal umfaßt analoge Glieder, in deren Bezugszeichen der Buchstabe E durch den Buchstaben R ersetzt ist. Für das Antennenelement EA1 handelt es sich insbesondere um:
- einen Empfangsverstärker AR1, der das vom Antennenelement aufgefangene Mikrowellensignal empfängt, und zwar über die Leitergruppe HP1,
- einen empfangsseitigen peripheren Mikrowellenleiter HPR1,
- einen Laser LR1, der ein peripheres Transformationsglied bildet,
- einen empfangsseitigen Zwischenzonenlichtwellenleiter GR,
- einen Empfangsdetektor DR1, der ein inneres Transformationsglied bildet,
- einen empfangsseitigen inneren Mikrowellenleiter HIR1 mit einem Varaktor VR1, der das Phasensteuerungsglied bildet, und
- einen Mikrowellenempfänger RH, der die zentrale Einrichtung bildet. Dieser Empfänger addiert die auf den verschiedenen Kanälen empfangenen Signale mit ggfs. steuerbaren, geeigneten Wichtungskoeffizienten, um die Form des Empfangsdiagramms des Antennensystems anzupassen.
Nun wird die Amplituden- und Phasensteuerung von n Elementarquellen z.B. für den Sendefall untersucht.
Man kann n Elementarquellen steuern, indem man n Sende- und Empfangskanäle parallelschaltet. Um ein solches System aufzubauen, benötigt man von jeder Komponente der Ketten eine Anzahl von n Komponenten: n Sender, n Varaktoren, n Modulatoren, etc... . Insbesondere benötigt man 2n Lichtwellenleiter.
Die Zunahme der Anzahl der Komponenten stellt bei steigendem n einen Nachteil dar, der nicht vernachlässigt werden darf. Zwar können alle diese Komponenten durch Serienverfahren hergestellt werden, die sie zuverlässig und relativ billig machen. Doch besteht ein großes Interesse daran, die Anzahl der Komponenten zu verringern, um die Kosten des Systems zu drücken. Besonders nützlich ist die Verringerung der Anzahl der Zwischenzonenwellenleiter, die relativ lang sind und einen erheblichen Platz einnehmen, wenn ihre Anzahl groß ist. Das System gemäß der Erfindung verringert die Anzahl bestimmter Komponenten, darunter diejenigen der Wellenleiter. Die Blockschaltbilder der von der Welle sendeseitig bzw. empfangsseitig zurückgelegten Laufwege sind in den Fig. 4 bzw. 5 dargestellt.
Die n Antennenelemente EA1, EA2, ... EAn sind in Gruppen zu jeweils p Elementen zusammengefaßt, wie etwa die Elemente EA1, EA2, ... EAp.
Zum Senden steht allen Antennenelementen EAI, EA2, ... EAp der gleichen Gruppe ein gemeinsamer Mikrowellensender EH zur Verfügung. Er sendet ein Mikrowellensignal aus, das vom auszusendenden Informationssignal moduliert und von p Sendevaraktoren VE1, VE2, ... VEp empfangen wird. Letztere prägen dem Signal jeweils Phasenverschiebungen auf, die diesen Antennenelementen entsprechen. Jedes so phasenverschobene Signal moduliert einen Sende-Halbleiterlaser LE1, LE2, ... LEp, dessen Leistung der Amplitude des Feldes entsprechen kann, welches das entsprechende Sendeelement EA1, EA2, ... EAp ausstrahlen soll. Die Sendefrequenzen aller dieser Laser unterscheiden sich voneinander und entsprechen jeweils demjenigen eines Antennenelementes.
Die Laser senden jeweils in Lichtwellenleiter GIE1, GIE2, ... GIEp hinein, die zusammen in ein Frequenzfilter FIE münden. Dieses Filter bildet den inneren Sendeablenker. Es überträgt das von den verschiedenen Lichtleitern kommende Licht in einen gemeinsamen Lichtleiter GE, der die zentrale Zone, in der sich insbesondere der Sender EH befindet, mit einer peripheren Antennenzone verbindet, in der sich die Verstärker, Zirkulatoren und Antennen befinden. Bei diesem Wellenleiter handelt es sich um den Zwischenzonenwellenleiter.
Am Ausgang dieses Wellenleiters werden die Lichtstrahlen der verschiedenen Wellenlängen durch einen peripheren Sendeablenker FPE, der ebenfalls aus einem Filter besteht, in die verschiedenen entsprechenden Lichtwellenleiter GPE1, GPE2, ... GPEp gelenkt, die die Lichtstrahlen ebenso vielen Detektoren DE1, DE2, ... DEp zuführen, an die sich ebenso viele Mikrowellenverstärker AE1, AE2, ... AEp anschließen. Letztere speisen die Antennenelemente EA1, EA2, ... EAp.
Auf der Empfangsseite werden die von den Antennenelementen empfangenen Signale von den Verstärkern AR1, AR2, ... ARp verstärkt und modulieren eine Anzahl p entsprechender Laser LR1, LR2, ... LRp, die ihrerseits Signale mit den gleichen Frequenzen wie vorher in die Lichtwellenleiter GPR1, GPR2, ... GPRp einspeisen. Letztere münden zusammen in ein Filter, das einen empfangsseitigen peripheren Abzweiger FPR bildet, der die entsprechenden Lichtstrahlen in einen gemeinsamen Zwischenzonenlichtleiter einkoppelt. Ein Filter, das einen empfangsseitigen inneren Ablenker FIR bildet, lenkt die Strahlen der verschiedenen Frequenzen in ebenso viele Wellenleiter GIR1, GIR2, ... GIRp um.
Die Lichtsignale werden von den Detektoren DR1, DR2, ... DRp erfaßt, und die resultierenden Mikrowellensignale werden von den Varaktoren VR1, VR2, ... VRp durch Einprägen von Phasenverschiebungen entsprechend den Antennenelementen EA1, EA2, ... EAp in der Phase verschoben. Die Phasenverschiebungen sind derart gewählt, daß die so phasenverschobenen Signale wieder ihre gegenseitigen Phasenverschiebungen annehmen, die sie besaßen, als sie von einem äußeren Sender ausgestrahlt wurden, der sich fernab vom gegebenen Antennensystem befindet und von diesem angepeilt wird. Diese Signale werden von dem gemeinsamen Mikrowellenempfänger RH empfangen. Letzterer stellt die Information wieder her, die die vom angepeilten äußeren Sender herkommenden und von den Antennenelementen empfangenen Signale trugen.
Was den Aufbau der Laser LE1, LE2, ... LEp, LR1, LR2, ... LRp anbetrifft, sei folgendes bemerkt:
Bekanntlich verfügt man durch geeignete Wahl der Zusammensetzung der Materialien, die die Halbleiterlaser bilden, über Quellen, deren Frequenz in einem Wellenlängenbereich von 0,5 bis 2 Mikrometer gewählt werden kann. Beim gegenwärtigen Stand unserer Kenntnisse kann man ungefähr 20 Quellen mit einer Frequenz V&sub1; ,V&sub2; ... Vp erhalten. Man darf also den Wert von p mit p = 20 ansetzen.
Zwei aufeinanderfolgende Frequenzen sind durch einen Abstand dV getrennt. Das ergibt ungefähr dV/V = 0,01.
Die notwendige Trennschärfe der Filter FIE, FPE, FPR, FIR ist also bescheiden. Die Filter können durch einfache und herkömmliche Techniken unter Verwendung von Gittern hergestellt werden.
Die durch die Erfindung herbeigeführte Vereinfachung ist durchgreifend, weil sie die Teilung der Anzahl der Mikrowellensender EH, der Empfänger RH und der langen Wellenleiter durch p oder mehr ermöglicht. Dank dieser Vereinfachung kann das System in einer großen Anzahl von Fällen unter befriedigenden wirtschaftlichen Bedingungen aufgebaut werden.
Unter der Annahme, daß p = 20 ist, soll nunmehr die Anzahl der Komponenten des Systems für den Fall ermittelt werden, daß n = 10 und n = 100 ist. Man kann beispielsweise annehmen, daß die Antenne einen Durchmesser von a = 1 m besitzt, wobei die Wellenlänge den Wert L = 5 cm beträgt. Die Werte B&sub0; und B&sub1; sind durch die Beziehungen (1) und (1') gegeben.
Der Fall n = 10 entspricht einem Ausschlag 2B&sub1; = 0,15 rad. = 10º in der Nähe der Normalen.
Man benötigt einen Sender EH, einen Empfänger RH und zwei lange Zwischenzonenlichtwellenleiter, einen zum Senden und den anderen zum Empfangen.
Entlang der Sendestrecke werden 10 Varaktoren, 10 modulierte Laser, 10 Detektoren und 10 Verstärker benötigt.
Entlang des Laufweges der empfangenen Welle benötigt man 10 Verstärker, 10 modulierte Laser, 10 Detektoren und 10 Varaktoren. Der Fall n = 100 entspricht einem Ausschlag von 2B&sub1; = 0.25 rad. = 30º in der Nähe der Normalen.
Um den Sender EH an die Antenne anzuschließen, benötigt man q lange Lichtwellenleiter, mit q = n/p = 5.
Um den Empfänger an die Antenne anzuschließen, benötigt man ebenso viele lange Lichtwellenleiter.
Es werden also für den Aufbau des Systems 10 lange Lichtwellenleiter benötigt. Diese bescheidene Anzahl ruft keine gravierenden Schwierigkeiten auf Seiten der Kosten, des Platzbedarfs und des Gewichtes hervor.
Die Anzahl würde 200 betragen, wenn man von den Möglichkeiten keinen Gebrauch macht, die die Erfindung bietet, wobei diese Anzahl manchmal zu unüberwindbaren Problemen führt. Gemäß der Erfindung sind nur 5 Sender EH anstelle von 100 Sendern erforderlich. Desgleichen müssen nur 5 Empfänger RH anstelle von 100 Empfängern verwendet werden.
Allerdings werden entlang der Sendestrecke 100 Varaktoren, 100 modulierte Laser, 100 Detektoren und 100 Verstärker benötigt.
Entlang des Laufweges der empfangenen Welle muß man 100 Verstärker, 100 modulierte Laser, 100 Detektoren und 100 Varaktoren vorsehen.
So ermöglicht es die elektrische Steuerung der Amplitude und der Phase eines Antennenelementes EAi durch Modulation und Detektion einer Laserwelle mit einer unter p Frequenzen ausgewählten Frequenz Vi, das System selbstanpassend zu machen. Die Anzahl der Lichtwellenleiter, der Sender und der Empfänger ist durch p geteilt, während die Anzahl der sonstigen Komponenten gleich bleibt.
In der obigen Beschreibung wurde eine Phasenverschiebung beschrieben, die durch einen elektronischen Vorgang in einem Varaktor bewirkt wird. Die so phasenverschobene Mikrowelle moduliert einen Laser LEi mit der Frequenz Vi. Die Amplitude der von der Komponente EAi abgestrahlten Welle kann durch die Leistung des Laser eingestellt werden, während die Phase durch den Varaktor VEi bestimmt wird.
Als Variante kann man diese beiden Operationen mit einem optischen Verfahren durchführen. Das Verfahren ist schematisch in Fig. 6 dargestellt, die den Sendefall betrifft und in Verbindung mit Fig. 1 betrachtet werden muß, wobei die mehr oder weniger analogen Elemente die gleichen Bezugszeichen tragen, jedoch die Buchstaben A und B an die Stelle der Ziffer 1 treten. Ein Laser LEA sendet einen Lichtstrahl mit passender Frequenz aus (beispielsweise mit der zuvor in Betracht gezogenen Frequenz Vi). Der Lichtstrahl wird geteilt und einerseits einem elektrisch gesteuerten Phasenschieber, der ihm die passende Phasenverschiebung verleiht, andererseits einem Amplitudenmodulator LEB zugeführt, der den Strahl durch ein Mikrowellensignal moduliert, das seinerseits durch das zu sendende Informationssignal moduliert ist.
Die sich ergebenden beiden Lichtstrahlen werden in einem langen Lichtwellenleiter GEA vereinigt, an dessen Ausgang das Lichtsignal von einem Detektor DEA erfaßt wird. Letzterer stellt das an den Modulator LEB angelegte Mikrowellensignal wieder her, zusammen mit der vom Phasenschieber VEA bewirkten Phasenverschiebung. Das so entstandene Mikrowellensignal kann also genauso benutzt werden wie dasjenige, das der Detektor DE1 lieferte.
Ein entsprechende Verfahren kann empfangsseitig angewandt werden.
Falls der Lichtmodulator diejenige Phasenverschiebung herbeiführt, die für die Elementarquelle EAi gewählt wurde, erhält man eine Phasenverschiebung der Mikroweile mit dem gewünschten Wert.
Diese Möglichkeit muß in Erwägung gezogen werden, wenn man ein spezielles Problem lösen muß.

Claims

1. Anpassungsfähiges Antennensystem für Hochfrequenzwellen, das folgende Komponenten aufweist:

- eine Antenne bestehend aus einer Vielzahl von Antennenelementen (EA1, EA2, ... EAp), die über eine Oberfläche in einer peripheren Zone des Systems verteilt sind, wobei jedes dieser Elemente eine Anteil der Strahlungsenergie senden und/oder empfangen kann, die sich im freien Außenraum mit mindestens einer gemeinsamen, vorbestimmten Funkfrequenz in den im Raum verteilten Peilrichtungen ausbreitet, wobei jedes Element diese Strahlung an ein peripheres Hochfrequenzsignal gleicher Frequenz ankoppelt, das sich in dem System ausbreitet und diesem Element entspricht,

- einen peripheren Hochfrequenzwellenleiter (HP1, HP2, ... HPp), der ebenfalls diesem Element zur Übertragung des Hochfrequenzsignals entspricht,

- ein peripheres Transformationsglied (DE1, DE2, ... DEp), das diesem Antennenelement entspricht und auf dem entsprechenden peripheren Wellenleiter angeordnet ist, um das periphere Hochfrequenzsignal an ein Lichtsignal zu koppeln, das diesem Antennenelement entspricht, wobei diese Kopplung durch Modulation oder Demodulation des Lichtsignals erfolgt,

- einen Zwischenzonenlichtwellenleiter (GE), der die periphere Zone mit einer inneren Zone des Systems verbindet, um das Lichtsignal zu übertragen;

- ein internes Transformationsglied (LE1, LE2, ... LEp), das diesem Antennenelement entspricht und das Lichtsignal durch Modulation oder Demodulation an ein inneres Hochfrequenzsignal koppelt, das ebenfalls diesem Antennenelement entspricht;

- einen inneren Hochfrequenzwellenleiter (HI1, HI2, .. HIp), der ebenfalls diesem Antennenelement entspricht, zur Übertragung des inneren Hochfrequenzsignals, wobei dieser innere Hochfrequenzwellenleiter, dieses innere Transformationsglied und der innere Lichtwellenleiter sowie der periphere Lichtwellenleiter, das periphere Transformationsglied und der periphere Hochfrequenzwellenleiter Teile einer zusammengesetzten Leitung entsprechend diesem Element bilden, und

- eine zentrale Einrichtung (EH) zum Senden und/oder Empfangen der Hochfrequenzsignale der Gesamtheit der inneren Hochfrequenzwellenleiter, derart, daß die zentrale Einrichtung über die entsprechende zusammengesetzte Leitung an jedes Antennenelement angekoppelt ist,

- wobei das System weiter auf jeder seiner zusammengesetzten Leitungen mindestens ein Phasensteuerungsglied (VE1, VE2, ... VEp) aufweist, das demselben Antennenelement entspricht und die Phase des peripheren Hochfrequenzsignals relativ zum inneren Hochfrequenzsignal steuert, um zwischen den verschiedenen Peilrichtungen zu wählen und das System durch Ansteuern an die gewählte Peilrichtung anzupassen, wobei sich diese Anpassung aus der Tatsache ergibt, daß nur im Falle einer äußeren Strahlung, die sich in dieser Richtung ausbreitet, die verschiedenen Anteile der Strahlung, die durch die verschiedenen Antennenelemente laufen, phasengleich an die genannte Zentraleinrichtung angekoppelt werden,

- wobei das System dadurch gekennzeichnet ist, daß der Zwischenzonenlichtwellenleiter (GE) mindestens einer Gruppe der Antennenelemente (EA1, EA2, ... EAp) gemeinsam ist, wobei die den verschiedenen Antennenelementen dieser Gruppe entsprechenden Lichtsignale unterschiedliche Frequenzen aufweisen, wobei das System weiter zwei Lichtablenker umfaßt, nämlich einen peripheren (FPE) und einen inneren (FIE) Ablenker, die das Licht um einen von seiner Frequenz abhängigen Winkel ablenken und allen Antennenelementen der Gruppen gemeinsam sind, um die peripheren und inneren Enden des gemeinsamen Lichtwellenleiters (GE) an die verschiedenen peripheren bzw. internen Transformationsglieder (DE1, DE2, ... DEp, LE1, ....... LEp) anzuschließen, die den verschiedenen Elementen dieser Gruppe entsprechen, und daß die Antennenelemente (EA1) gemischte Elemente sind, die sowohl als Sender, als auch als Empfänger einer sog. äußeren Strahlung arbeiten können, wobei das System für jedes dieser Antennenelemente aufweist:

- einen gemischten, peripheren Hochfrequenzwellenleiter (HPM), der an dieses Element angeschlossen ist,

- einen sendeseitigen peripheren Hochfrequenzwellenleiter (HPE, HPE1),

- einen empfangsseitigen peripheren Hochfrequenzwellenleiter (HPR, HPR1), und

- einen Zirkulator (CI) zum Anschließen des Sendewellenleiters an den gemischten Wellenleiter, soweit die Hochfrequenz-Sendesignale betroffen sind, und zum Anschließen des gemischten Wellenleiters an den Empfangswellenleiter, soweit die Hochfrequenz-Empfangssignale betroffen sind, wobei zwei Kanäle, zusammengesetzte Kanäle genannt, die diesem Element entsprechen, einen Sendekanal und einen Empfangskanal bilden und gemeinsam den gemischten peripheren Hochfrequenzwellenleiter und den Zirkulator umfassen, während sich die anderen Glieder dieser beiden Kanäle (HP1, DE1) zum Senden und zum Empfangen voneinander unterscheiden.

2. System nach Anspruch 1, bei dem die genannten Strahlungen, Signale und Wellenleiter solche für Mikrowellen sind.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasensteuerungsglied ein optischer Phasenschieber (VEA) ist, der auf einem optischen Phasenschieberabschnitt jedes zusammengesetzten Kanals angeordnet ist, wobei der Abschnitt ein Lichtsignal mit einer diesem Kanal eigenen Frequenz empfängt, und das innere Transformationsglied (LEB) ein äquivalentes Lichtsignal in einem optischen Transformationsabschnitt moduliert oder demoduliert, der parallel zu diesem Phasenschieberabschnitt geschaltet ist.