DE3884974T2 - Geformte Antennengruppe. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine geformte Feldantenne zur Verwendung in einem Radarsystem.
• Fig. 1 illustriert ein Blockschaltbild eines bekannten Antennensystems. Hierin bezeichnet die Bezugszahl 1 eine geformte Feldantenne enthaltend einen strukturellen Basiskörper 2, der eine halbkugelförmige Ausbildung aufweist, und eine Anzahl n von Antenneneinheiten 3&sub1; bis 3n, die auf dem strukturellen Basiskörper 2 angeordnet sind. Eine Anzahl n von Signalleitungen 4&sub1; bis 4n verbinden die Antenneneinheiten 31 bis 3n und eine Mikrowellenstrahl-Formungsschaltung 5. Jede der Antenneneinheiten 3&sub1; bis 3n, die die geformte Feldantenne 1 bilden, stellt eine unabhängige einheitliche Antennenvorrichtung dar.
• Als nächstes wird die Arbeitsweise des bekannten Antennensystems beschrieben. Mikrowellenleistung wird von den auf dem halbkugelförmigen strukturellen Basiskörper 2 der geformten Feldantenne 1 angeordneten Antenneneinheiten 3&sub1; bis 3n empfangen und über die Signalleitungen 4&sub1; bis 4n zu der Mikrowellenstrahl- Formerschaltung 5 übertragen, in der die Mikrowellensignale zusammengesetzt werden zur Bildung einer Vielzahl von Strahlen durch Verwendung von Nikrowellen-Phasenschiebern, variablen Mikrowellen-Dämpfungsgliedern, Mikrowellenschaltern und Mikrowellenkopplern.
• Bei dem so ausgebildeten bekannten Antennensystem können die Antennenstrahlen beliebig über der Halbkugel geformt werden. Im Fall der Bildung einer Vielzahl von Strahlen durch Verwendung von Mikrowellenvorrichtungen wie einem Phasenschieber, Dämpfungsglied, Schalter, Koppler und Verteiler wird jedoch der Verlust der Anordnung größer und nur eine begrenzte Anzahl von Strahlen kann gleichzeitig gebildet werden. Unter der Annahme, daß ein Strahl in einer gewünschten Richtung orientiert ist, wenn er als Teil des Radarsystems verwendet wird, können die beschatteten der Antenneneinheiten 3&sub1; bis 3n, wenn die geformte Feldantenne 1 aus der gewünschten Richtung gesehen wird, nicht wirksam genutzt werden. Insbesondere wenn ein Abtastwinkel sich 90º vom Scheitelpunkt annähert, ist fast die Hälfte der Elemente für eine Nutzung nicht verfügbar.
• US-A-4 216 475 und "Wissenschaftliche Berichte AEG- Telefunken", Band 54, Nr. 1/2, 1981, Seiten 25-43, D. Borgmann, zeigen digitale Strahlenformer in ebenen Antennenanordnungen, welche in der offenbarten Weise nicht für eine geformte Anordnung verwendet werden können.
• Eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die vorbeschriebenen Probleme zu eliminieren. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Antennensystem zu schaffen, das in der Lage ist, gleichzeitig eine Vielzahl von Strahlen zusammenzusetzen und alle in einer geformten Anordnung vorhandenen Antenneneinheiten in einer effektiven Weise konstant zu nutzen.
• Die obige Aufgabe wird gelöst durch das erfindungsgemäße Antennensystem, wie es im Anspruch 1 definiert ist. Die digitale Strahlenformerschaltung bewirkt einen parallelen Prozeß zum Zusammensetzen digitaler, Phasen- und Amplitudeninformationen enthaltender Signale, die von den jeweiligen Antenneneinheiten geliefert werden. Es ist daher möglich, gleichzeitig die digitalen Signale zusammenzusetzen, um eine Vielzahl von Strahlen zu bilden, was eine effektive Nutzung aller Antenneneinheiten erlaubt. Zusätzlich können die durch Kreuzpolarisation bewirkten Probleme eliminiert werden. Darüber hinaus wird eine erhebliche Verbesserung der Durchführung der Vielfachziel- Verarbeitung, der Ausdehnung des Antennenstrahl-Abtastbereichs, der Verbindung mit anderen Signalverarbeitungssystemen auf der Grundlage der Digitalverarbeitung und der Miniaturisierung des Antennensystems erhalten.
• Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart. Um die elektromagnetische Interferenz zwischen die Antenneneinheiten und eine digitale Strahlenformerschaltung verbindenden Signalleitungen herabzusetzen, weist ein Antennensystem entsprechend der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Antenneneinheiten mit jeweils einer Fotomodulatoreinrichtung auf. Das Ausgangssignal von der Fotomodulatoreinrichtung wird mittels optischer Fasern zu einer Fotodemodulatoreinrichtung gesandt, die die Lichtsignale in die entsprechenden elektrisuchen Signale umwandelt. Diese elektrischen Signale sind in einer digitalen Form und werden zu einer digitalen Strahlenformerschaltung geliefert. Da die optischen Fasern für die Übertragung der Signale verwendet werden, wird das durch die elektromagnetische Interferenz bewirkte Problem stark reduziert.
• Um weiterhin die Probleme zu lösen, die durch elektromagnetische Interferenz und Kreuzpolarisation, die der Differenz der Polarisation zwischen den Antenneneinheiten zuzuschreiben ist, bewirkt sind, weist ein Antennensystem nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Vielzahl von Antenneneinheiten enthaltend jeweils einen Übertragungsabschnitt, einen Empfangsabschnitt und einen TR(Sende/Empfangs)- Schalter auf. Die Übertragungsabschnitte enthalten eine Phasensteuereinrichtung und sind mit einer Mikrowellenleistungs-Verteilvorrichtung verbunden, während die Empfangsabschnitte einen rauscharmen Verstärker enthalten und die empfangenen Signale in digitale Signale umgewandelt und zu seiner digitalen Strahlenformerschaltung geführt werden. Da der Übertragungsabschnitt und der Empfangsabschnitt so vereinigt sind, daß sie dieselbe Elementantenne verwenden, werden darüber hinaus die durch Kreuzpolarisation bewirkten Probleme eliminiert. Wenn die Signale durch optische Fasern übertragen werden, kann eine beträchtliche Herabsetzung der elektromagnetischen Interferenz erwartet und die Signalübertragungsleitungen können miniaturisiert werden.
• Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden offensichtlich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen.
• Fig. 1 ist eine schematische Illustration eines bekannten Systems mit geformter Feldantenne;
• Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines Systems mit geformter Feldantenne gemäß der Erfindung;
• Fig. 3 ist ein Blockschaltbild einer Antenneneinheit des Systems mit geformter Feldantenne nach Fig. 2;
• Fig. 4 zeigt im Detail die Struktur des Systems mit geformter Feldantenne nach Fig. 2;
• Fig. 5 ist ein schematisches Schaltbild der DPSD der nach Fig. 4;
• Fig. 6 ist ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels eines bekannten Systems mit geformter Feldantenne gemäß der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 7 ist ein Blockschaltbild einer Antenneneinheit des Systems mit geformter Feldantenne nach Fig. 6;
• Fig. 8 ist eine modifizierte Form des zweiten Ausführungsbeispiels;
• Fig. 9 ist ein Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels eines Systems mit geformter Feldantenne gemäß der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 10 zeigt die Struktur der Antenneneinheit nach Fig. 9;
• Fig. 11 ist ein Blockschaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels eines Systems mit geformter Feldantenne gemäß der vorliegenden Erfindung; und
• Fig. 12 ist eine modifizierte Form des vierten Ausführungsbeispiels.
• Fig. 2 zeigt das erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das ein empfangendes Antennensystem oder ein passives Detektions-Antennensystem für die Verwendung mit einem getrennten übertragenden Antennensystem verkörpert.
• In Fig. 2 enthält eine geformte Feldantenne 10 einen strukturellen Basiskörper 11, der eine halbkugelförmige Konfiguration annimmt, und eine Anzahl n von Antenneneinheiten 12&sub1; bis 12n, die auf dem strukturellen Basiskörper 11 angeordnet sind. Eine Anzahl n von Signalleitungen 13&sub1; bis 13n verbindet die Antenneneinheiten 12&sub1; bis 12n mit einer digitalen Strahlenformerschaltung 14. Die Antenneneinheiten 12&sub1; bis 12n haben dieselbe Struktur. Fig. 3 zeigt ein schematisches Diagramm der Antenneneinheit 12&sub1; als Beispiel. Die Antenneneinheit 12&sub1; weist eine Elementantenne 12&sub1;&sub1;, einen rauscharmen Verstärker 12&sub1;&sub2; und einen A/D-Wandler 12&sub1;&sub3; auf.
• Als nächstes wird die Arbeitsweise des Antennensystems mit Bezug auf Fign. 2 und 3 erläutert. Mikrowellensignale werden von den Elementantennen 12&sub1;&sub1; bis 12n1 der Antenneneinheiten 12&sub1; bis 12n empfangen, die an dem strukturellen Basiskörper 11 der geformten Feldantenne 10 befestigt sind. Die empfangenen Mikrowellensignale werden dann von den geräuscharmen Verstärkern 12&sub1;&sub2; bis 12n2 verstärkt, deren Ausgangssignale direkt oder nachdem sie in Zwischenfrequenzsignale umgewandelt wurden, zu A/D-Wandlern 12&sub1;&sub3; bis 12n3 geliefert werden, die die zugeführten Mikrowellensignale in Phasen- und Amplitudeninformationen enthaltende digitale Signale umwandeln. Die digitalen Signale werden über die Signalleitungen 13&sub1; bis 13n zur digitalen Strahlenformerschaltung 14 übertragen, in welcher die Signale als die digitalen Signale zusammengesetzt werden, um Vielfachstrahlen durch Verwendung bekannter Techniken wie diskrete Fourier-Transformation, schnelle Fourier-Transformation und Winograd- Fourier-Transformation zu bilden. Daher ist es durchführbar, einen parallelen Prozeß einer Vielzahl von denen Antenneneinheiten 12&sub1; bis 12n übertragener Signale mit beliebigen Strahlenkonfigurationen digital zu bewirken. Von allen Antenneneinheiten 12&sub1; bis 12n gesandte Informationsstücke können zu jeder Zeit in effektiver Weise verarbeitet werden, wodurch ermöglicht wird, daß die aus allen Richtungen in der Halbkugel ankommenden Informationen erhalten werden.
• Allgemein gesagt, sind die Amplituden und Phasen an der Antennenöffnung jeder der Antenneneinheiten 12&sub1; bis 12n unterschiedlich voneinander entsprechend der Position der Antenneneinheiten und der Richtung der ankommenden Wellen. Demgemäß wird das Signal ei, das von der Elementantenne 12i1 der Antenneneinheit 12i empfangen wird, wie folgt ausgedrückt:
• ei = giejΦi i = 1, 2, . . . , n
• worin gi ein Elementmuster der Elementantenne 12i1 ist und eine komplexe Größe darstellt, die von der Position der Elementantenne abhängt, und Φi eine elektrische Länge wiedergibt, die äquivalent der Differenz zwischen den gegenseitigen Abständen der jeweiligen Elementantennen ist, womit das empfangene Signal ei eine komplexe Zahl ist.
• Bezugnehmend auf Fig. 4, ist in dieser in schematischer Form die Struktur des geformten Feldantennen- Systems nach Fig. 2 gezeigt. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, enthält die digitale Strahlenformerschaltung 14 eine Anzahl n von Reihen/Parallel-Wandlern 14&sub1;&sub1; bis 14n1, die jeweils mit den Signalleitungen 13&sub1; bis 13n verbunden sind, eine Anzahl n von digitalen phasenempfindlichen Detektoren 14&sub1;&sub2; bis 14n2, die mit den entsprechenden Reihen/Parallel-Wandlern verbunden sind, und eine digitale Strahlenformereinheit 15 zur Erzeugung einer Vielzahl von Ausgangssignalen an Ausgangsanschlüssen P&sub1; bis Pn. Die Signalleitungen 13&sub1; bis 13n übertragen digitale m-Bit-Signale von den Analog/Digital-Wandlern 12&sub1;&sub3; bis 12n3 zu den Reihen/- Parallel-Wandlern 14&sub1;&sub1; bis 14n1.
• Es wird eine Erläuterung anhand von Beispielen für den Vorgang der Verarbeitung des auf die Antenneneinheit 12i auftreffenden Mikrowellensignals gegeben.
• Die an einem Ziel reflektierte und durch die Elementantenne 12&sub1;&sub1; empfangene Mikrowelle ist ein analoges Signal. Das so empfangene analoge Signal wird seinerseits unter Aufrechterhaltung der relativen Beziehung zwischen der Amplitude und der Phase durch den rauscharmen Verstärker 12i2 verstärkt. Das verstärkte Signal wird zum Analog/Digital-Wandler 12i3 geführt, in welchem das Signal abgetastet und quantisiert wird, um ein digitales m-Bit-Signal zu bilden. Das m-Bit-Signal wird über die Signalleitung 13i zum Reihen/Parallel-Wandler 14i1 in der digitalen Strahlenformerschaltung 14 übertragen.
• In der digitalen Strahlenformerschaltung wird das serielle in-Bit-Signal von der Linie 13i durch den Reihen/Parallel-Wandler 14i1 in ein paralleles m-Bit-Signal umgewandelt. Das parallele Signal wird zu jeder Abtastzeit zum digitalen phasenempfindlichen Detektor (DPSD) 14i2 gesandt, der das Eingangssignal in ein 1-Signal und ein Q-Signal mit der folgenden Beziehung umwandelt:
• ei = Ii + jQi.
• Fig. 5 zeigt ein Beispiel des DPSD. Das Eingangssignal des DPSD 14i2 wird in zwei Teile geteilt, die mit der Sinus- bzw. Cosinuswelle multipliziert werden, um zwei getrennte Signale Ii und Qi auszugeben, welche zur digitalen Strahlenformereinheit 15 zu liefern sind. In gleicher Weise werden die von den verbleibenden Antenneneinheiten empfangenen Signale verarbeitet und zur digitalen Strahlenformereinheit 15 gesandt. Die digitale Strahlenformereinheit ist wohl bekannt als Strahlenformer mit diskreter Fourier- Transformation (DFT), Strahlenformer mit schneller Fourier-Transformation (FFT) oder als Strahlenformer mit Winograd-Transformation. Demgemäß werden die Ausgangssignale entsprechend jeweils mit n-Richtungen R&sub1; bis Rn von den Ausgangsanschlüssen P&sub1; bis Pn erhalten. Beispielsweise werden die Ausgangssignale Ei am Ausgangsanschluß P&sub1; wie folgt ausgedrückt:
• In Fig. 6 ist das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. In Fig. 6 werden identische Teile und Elemente mit den gleichen Zahlen bezeichnet wie die in den Fign. 2 bis 5 verwendeten. Eine Anzahl n von auf dem strukturellen Basiskörper 11 angeordneten Antenneneinheiten 20&sub1; bis 20n ist über optische Fasern 21&sub1; bis 21n mit einer Anzahl n von Foto-Demodulatoren 22&sub1; bis 22n verbunden, die beispielsweise fotoelektrische Wandler sind. Die Ausgangssignale von den Foto-Demodulatoren werden zu der digitalen Strahlenformerschaltung 14 für die Synthese geführt. Die Antenneneinheiten 20&sub1; bis 20n haben dieselbe Struktur. Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild der Antenneneinheit 20&sub1; als Beispiel. Wie in der Figur gezeigt ist, weist die Antenneneinheit 20&sub1; eine Elementantenne 20&sub1;&sub1;, einen mit dieser verbundenen rauscharmen Verstärker 20&sub1;&sub2;, einen mit diesem verbundenen Analog/Digital-Wandler 20&sub1;&sub3; und einen mit diesem verbundenen Foto-Modulator 20&sub1;&sub4; auf. Der Foto-Modulator kann ein herkömmlicher elektro-optischer Wandler sein.
• Als nächstes wird die Arbeitsweise des Antennensystems beschrieben. Mikrowellensignale werden von den Elementantennen 20&sub1;&sub1; bis 20n1 der Antenneneinheiten 201 bis 20n empfangen und dann von den rauscharmen Verstärkern 20&sub1;&sub2; bis 20n verstärkt. Die so verstärkten Mikrowellensignale werden direkt oder nachdem sie in Zwischenfrequenzsignale umgewandelt wurden, zu den A/D-Wandlern 20&sub1;&sub3; bis 20n geliefert, um in digitale, die Phasen- und Amplitudeninformationen enthaltende Signale umgewandelt zu werden. Die digitalen Signale werden dann durch die Foto-Modulatoren 20&sub1;&sub4; bis 20n4 in Fotosignale umgewandelt und über die optischen Fasern 21&sub1; bis 21n zu den Foto-Demodulatoren 22&sub1; bis 22n übertragen. Die so von den Foto-Demodulatoren 22&sub1; bis 22n demodulierten digitalen elektrischen Signale werden zu der digitalen Strahlenformerschaltung 14 geliefert, die die digitalen Signale zusammensetzt durch Verwendung bekannter Techniken wie der diskreten Fourier-Transformation, der schnellen Fourier-Transformation und Winograd-Fourier-Transformation. Auch beim zweiten Ausführungsbeispiel ist es durchführbar, einen parallelen Prozeß für eine Vielzahl der von den Antenneneinheiten 20&sub1; bis 20n empfangenen Signale entsprechend beliebigen Antennenstrahl-Konfigurationen digital zu bewirken. Von den Antenneneinheiten 21&sub1; bis 21n empfangene Informationsstücke können auf effektive Weise verarbeitet werden, wodurch die Informationen aus allen Richtungen in der Halbkugel erhalten werden. Da die optischen Fasern als Übertragungsleitungen verwendet werden, kann kein Problem der elektromagnetischen Interferenz auftreten. Auch können die Signalleitungen miniaturisiert werden.
• Die A/D-Wandler 20&sub1;&sub3; bis 20n3 sind zwischen die rauscharmen Verstärker und die Foto-Modulatoren in Fig. 7 eingefügt, aber jeder A/D-Wandler kann, wie in Fig. 8 illustriert ist, zwischen dem Foto-Demodulator und der digitalen Strahlenformerschaltung angeordnet sein. In diesem Fall wandeln die Foto-Modulatoren 20&sub1;&sub4; bis 20n4 die Mikrowellensignale, entweder direkt oder nachdem sie in Zwischenfrequenzsignale, umgewandelt wurden, in Fotosignale um. Die so umgewandelten Fotosignale werden über die optischen Fasern 21&sub1; bis 21n zu den Foto-Demodulatoren 22&sub1; bis 22n übertragen, um in die elektrischen Signale demoduliert zu werden. Die demodulierten elektrischen Signale werden direkt oder nachdem sie in Zwischenfrequenzsignale umgewandelt wurden, mittels der A/D-Wandler 20&sub1;&sub3; bis 20n3 in die digitalen Signale umgewandelt.
• Die zwei vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich auf empfangende Antennensysteme. Demgegenüber betreffen das dritte und vierte Ausführungsbeispiel, die in Fign. 9 bis 12 gezeigt sind, Systeme die zum Senden und Empfangen von Mikrowellensignalen in der Lage sind. In diesen Figuren sind identische Elemente und Komponenten mit denselben Bezugszahlen versehen wie die in den Fign. 1 bis 8 verwendeten.
• Gemäß Fig. 9 ist eine Anzahl n von auf dem halbkugelförmigen Körper 11 der geformten Feldantenne 10 angeordneten Antenneneinheiten 30&sub1; bis 30n über eine Anzahl n von Sendeleitungen 31&sub1; bis 31n mit einem Mikrowellenleistungsverteiler 32 verbunden, der Mikrowellenleistung von einem Sendesignalgenerator 33 empfängt. Die Antenneneinheiten 30&sub1; bis 30n sind auch über eine Anzahl n von Empfangsleitungen 34&sub1; bis 34n mit der digitalen Strahlenformerschaltung 14 verbunden, die eingegebene Digitalsignale zur Bildung einer Vielzahl von Strahlen zusammensetzt.
• Fig. 10 enthält eine detailliertere Illustration des geformten Feldantennensystems nach Fig. 9. Wie aus Fig. 10 ersichtlich ist, haben alle Antenneneinheiten 30&sub1; bis 30n dieselbe Schaltungsstruktur. Elementantennen 30&sub1;&sub1; bis 30n1 sind über TR-Schalter 30&sub1;&sub2; bis 30n2 mit Sendeabschnitten 30&sub1;&sub3; bis 30n3 und Empfangsabschnitten 30&sub1;&sub4; bis 30n4 verbunden. Diese TR-Schalter 30&sub1;&sub2; bis 30n2 können herkömmliche Zirkulatoren oder Diodenschalter sein. Die Sendeabschnitte 30&sub1;&sub3; bis 30n3 enthalten Hochleistungsverstärker 30&sub1;&sub5; bis 30n5 und Phasensteuervorrichtungen 30&sub1;&sub6; bis 30n6, während die Empfangsabschnitte 30&sub1;&sub4; bis 30n4 rauscharme Verstärker 30&sub1;&sub7; bis 30n7 und Analog/Digital-Wandler 30&sub1;&sub8; bis 30n8 enthalten.
• Als nächstes wird die Arbeitsweise des Antennensystems nach Fig. 10 erläutert. Ein vom Signalgenerator 33 erhaltenes und in den Mikrowellenleistungsverteiler 32 eingegebenes Mikrowellensignal wird auf eine Anzahl n von Ausgängen verteilt, die jeweils eine gewünschte Amplitude und Phase haben. Diese Ausgangssignale werden über die Sendeleitungen 31&sub1; bis 31n zu den Sendeabschnitten 30&sub1;&sub3; bis 30n3 der Antenneneinheiten 30&sub1; bis 30n übertragen. In den Sendeabschnitten werden die Mikrowellensignale Phasenänderungen durch die Phasensteuervorrichtungen 30&sub1;&sub8; bis 30n8 unterzogen, um die gewünschten Antennenstrahlen zu bilden. Dann werden die phasengesteuerten Mikrowellensignale durch die Hochleistungsverstärker 30&sub1;&sub5; bis 30n5 verstärkt, passieren die TR-Schalter 30&sub1;&sub2; bis 30n2 und werden dann von den Elementantennen 30&sub1;&sub1; bis 30n1 in den Raum emittiert. Die Mikrowellensignale, die in den Raum emittiert wurden, werden von einem Ziel reflektiert und von Elementantennen 30&sub1;&sub1; bis 30n1 empfangen. Nachfolgend werden die empfangenden Mikrowellensignale über die TR-Schalter 30&sub1;&sub2; bis 30n2 zu den Empfangsabschnitten 30&sub1;&sub4; bis 30n4 der Antenneneinheiten übertragen. Die in die Empfangsabschnitte 30&sub1;&sub4; bis 30n4 eingegebenen Mikrowellensignale werden von den rauscharmen Verstärkern 30&sub1;&sub7; bis 30n7 verstärkt. Die so verstärkten Mikrowellensignale werden direkt oder nachdem sie in Zwischenfrequenzsignale umgewandelt wurden, zu den Analog/Digital-Wandlern 30&sub1;&sub8; bis 30n8 geführt, die ihrerseits die eingegebenen analogen Signale in Phasen- und Amplitudeninformationen enthaltende digitale Signale umwandeln. Diese digitalen Signale werden über die Empfangsleitungen 34&sub1; bis 34n zur digitalen Strahlenformerschaltung 14 übertragen, in der die Signale zusammengesetzt werden, um Vielfachstrahlen zu bilden, durch Verwendung bekannter Techniken wie der diskreten Fourier-Transformation, der schnellen Fourier-Transformation und der Winograd-Fourier-Transformation. Daher ist es möglich, eine parallele Verarbeitung der von den Antenneneinheiten 30&sub1; bis 30n gesandten Signale gemäß beliebigen Strahlenkonfigurationen digital zu bewirken. Weiterhin können die Informationen von allen Antenneneinheiten fehlerfrei auf effektive Weise verarbeitet werden, wodurch Konstantinformationen aus allen Richtungen in der Halbkugel erhalten werden.
• Wenn Antenneneinheiten 30&sub1; bis 30n verwendet werden, die für eine linearpolarisierte Welle angepaßt sind, ist die Polarisation des ausgesandten Signals dieselbe wie die des nach der Reflexion am Ziel empfangenen Signals, wenn die individuellen Elementantennen 30&sub1;&sub1; bis 30n1 berücksichtigt werden. Die am Ziel reflektierten und von diesem kommenden Signale werden in Phasen/Amplituden-Informationen enthaltende digitale Signale umgewandelt, und die digitalen Signale werden durch die digitale Strahlenformerschaltung 14 zusammengesetzt, so daß das Problem der Kreuzpolarisation, die durch die Differenz in der Polarisation zwischen den Antenneneinheiten bewirkt wird, gelöst ist.
• Dieselbe Arbeitsweise wie beim dritten Ausführungsbeispiel kann erwartet werden, selbst wenn Lichtsignale für die Übertragung von Signalen zwischen den Antenneneinheiten 30&sub1; bis 30n und der Mikrowellenleistungsverteilerschaltung 32 sowie der digitalen Strahlenformerschaltung verwendet werden. Fig. 11 zeigt das vierte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, welches Lichtsignale für die Übertragung von Signalen verwendet. Im Vergleich zum dritten Ausführungsbeispiel enthalten die Antenneneinheiten 401 bis 40n des vierten Ausführungsbeispiels Foto-Modulatoren 40&sub1;&sub2; bis 40n2 und Foto-Demodulatoren 40&sub1;&sub1; bis 40n1 Die Ausgangssignale von der Mikrowellenverteilerschaltung 32 werden von den Foto-Modulatoren 41&sub1; bis 41n in Lichtsignale umgewandelt und dann über optische Fasern 42&sub1; bis 42n zu Foto-Demodulatoren 40&sub1;&sub1; bis 40n1 übertragen, die den Sendeabschnitten 40&sub1;&sub3; bis 40n3 der Antenneneinheiten hinzugefügt sind. In den Foto- Demodulatoren werden die Lichtsignale in auszusendende Mikrowellensignale umgewandelt. Beim Empfang werden digitale Signale mittels der Foto-Modulatoren 40&sub1;&sub2; bis 40n2 in Lichtsignale umgewandelt, die den Empfangsabschnitten 40&sub1;&sub4; bis 40n4 der Antenneneinheiten hinzugefügt sind. Die so umgewandelten Lichtsignale werden über optische Fasern 43&sub1; bis 43n zu Foto-Demodulatoren 44&sub1; bis 44n übertragen, um elektrische Signale zu der digitalen Strahlenformerschaltung 14 zu liefern. Bei dem in Fig. 11 gezeigten vierten Ausführungsbeispiel werden die Lichtsignale für die Übertragung von Signalen zwischen den Vorrichtungen verwendet, und dadurch wird das Problem, das durch elektromagnetische Interferenz zwischen den Signalleitungen bewirkt wird, vermieden, und die Signalleitungen sind von verminderter Größe aufgrund des Vorsehens von optischen Fasern.
• Fig. 12 ist eine Abwandlung des in Fig. 11 gezeigten vierten Ausführungsbeispiels. In diesem Fall sind die Analog/Digital-Wandler 30&sub1;&sub8; bis 30n8 der Empfangsabschnitte zwischen den Foto-Demodulatoren 44&sub1; bis 44n und der digitalen Strahlenformerschaltung 14 angeordnet. Es kann erwartet werden, daß die Arbeitsweise und die Wirkungen gleichartig mit denen sind, die beim vierten Ausführungsbeispiel erhalten werden.
• Die Gestalt des geformten Feldantennensystems nach der vorliegenden Erfindung ist nicht notwendigerweise auf die Halbkugelform begrenzt, sondern kann so gemacht werden, daß sie der Gestalt gewisser Strukturen wie Schiffen, Flugzeugen, Geschossen, Fahrzeugen, Satelliten und Erdradarstellen angepaßt ist, oder ein Teil eines Zylinders, einer Kugel oder eines Kegels sein kann, oder ein Teil oder Teile einer Gestalt sein kann, die als eine Kombination von zwei oder drei Formen aus einem Zylinder, einer Kugel und einem Kegel gebildet sein kann. Weiterhin kann das geformte Feldantennensystem nach der vorliegenden Erfindung nicht nur linearpolarisierte Wellen, sondern auch kreisförmig polarisierte Wellen verwenden.

Claims (10)

1. Antennensystem mit einer Mehrzahl von Antenneneinheiten (12&sub1; . . . 12n;20&sub1; . . . 20n;30&sub1; . . . 30n), die eine Mehrzahl von n Antennenelementen

(12&sub1;&sub1; . . . 12n1;20&sub1;&sub1; . . . 20n1;30&sub1;&sub1; . . . 30n1), eine Mehrzahl von A/D Wandlern (12&sub1;&sub3; . . . 12n3;20&sub1;&sub3; . . . 20n3;30&sub1;&sub8; . . . 30n8) zum Umwandeln der von den Antennenelementen empfangenen n analogen elektrischen Signale in digitale Signale und eine Mehrzahl von Phasenerfassungsvorrichtungen (14&sub1;&sub2; . . . 14&sub1;&sub2;) zum Umwandeln der empfangenen elektrischen Signale in reelle und imaginäre Komponenten zur Bildung einer Vielzahl von Strahlen umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenelemente (12&sub1;&sub1; . . . 12n1;20&sub1;&sub1; . . . 20n1;30&sub1;&sub1; . . . 30n1) auf einer dreidimensionalen Fläche eines Strukturkörpers zur Bildung eines konformen Feldes angeordnet sind, wobei die Mehrzahl von A/D Wandler (12&sub1;&sub3; . . . 12n3;20&sub1;&sub3; . . . 20n3;30&sub1;&sub8; . . . 30n8) ein analoges elektrisches Signal von dem entsprechenden Antennenelement empfangen und ein serielles elektrisches Signal liefern, daß eine Mehrzahl von Seriell/Parallel-Wandlern (14&sub1;&sub1; . . . 14&sub1;&sub1;) vorgesehen ist, die jeweils das digitale elektrische Signal von dem entsprechenden A/D Wandler zur Umwandlung des empfangenen digitalen elektrischen Signals in ein paralleles elektrisches Signal empfangen, daß die Phasenerfassungsvorrichtungen (14&sub1;&sub2; . . . 14i2) jeweils das parallele elektrische Signal von dem entsprechenden Seriell/Parallel- Wandler empfangen und daß eine digitale Strahlformungseinheit (15) die reellen und imaginären Signalkomponenten von den Phasenerfassungsvorrichtungen empfängt.

2. Antennensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der A/D-Wandler 12&sub1;&sub3; . . . 12n3;20&sub1;&sub3; . . . 20n3;30&sub1;&sub8; . . . 30n8) jeweils über Übertragungsleitungen mit den Eingängen der S/P- Wandler (14&sub1;&sub1; . . . 14&sub1;&sub1;) verbunden sind.

3. Antennensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der n Antenneneinheiten einen rauscharmen Verstärker (12&sub1;&sub2; . . . 12n2;20&sub1;&sub2; . . . 20n2;30&sub1;&sub7; . . . 30n7) zum Verstärken des analogen elektrischen Signals und einen Analog/Digital-Wandler zum Umwandeln des verstärkten analogen elektrischen Signals in das digitale elektrische Signal aufweist.

4. Antennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin umfaßt:

eine Mehrzahl von Fotomodulationsvorrichtungen (20&sub1;&sub4; . . . 20n4;40&sub1;&sub2; . . . 40n2), die jeweils das digitale elektrische Signal von dem entsprechenden A/D- Wandler (20&sub1;&sub3; . . . 20n3;30&sub1;&sub8; . . . 30n8) empfangen, um das empfangene digitale elektrische Signal in ein digitales Lichtsignal umzuwandeln, eine Mehrzahl von Lichtleitern (21&sub1; . . . 21n;43&sub1; . . . 43n), die jeweils das digitale Lichtsignal von der entsprechenden Lichtmodulationsvorrichtung übertragen,

eine Mehrzahl von Lichtdemodulationsvorrichtungen (22&sub1; . . . 22n;44&sub1; . . . 44n), die digitale Lichtsignale von dem entsprechenden Lichtleiter empfangen und das digitale Lichtsignal in ein digitales elektrisches Signal umwandeln, wobei die Mehrzahl der S/P-Wandler jeweils das digitale elektrische Signal von der entsprechenden Lichtdemodulationsvorrichtung empfängt.

5. Antennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin umfaßt:

eine Mehrzahl von Lichtmodulationsvorrichtungen (20&sub1;&sub4; . . 20n4;40&sub1;&sub2; . . . 40n2), die jeweils ein analoges elektrisches Signal von dem entsprechenden Antennenelement (20&sub1;&sub1; . . . 20n1;30&sub1;&sub1; . . . 30n1) empfangen, um das empfangene elektrische Signal in ein analoges Lichtsignal umzuwandeln,

eine Vielzahl von Lichtleitern (2&sub1;&sub1; . . . 21n;43&sub1; . . . 43n), die jeweils das analoge Lichtsignal von der entsprechenden Lichtmodulationsvorrichtung übertragen,

eine Vielzahl von Lichtdemodulationsvorrichtungen (22&sub1; . . . 22n;44&sub1; . . . 44n), die jeweils das analoge Lichtsignal von dem entsprechenden Lichtleiter empfangen, um das empfangene analoge Lichtsignal umzuwandeln, wobei die A/D-Wandler jeweils das analoge elektrische Signal von der entsprechenden Lichtdemodulationsvorrichtung empfangen.

6. Antennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin Mittel (33) zur Erzeugung von Übertragungssignalen, eine Vielzahl von Signalübertragungsabschnitten (40&sub1;&sub3; . . . 40n3) vorgesehen sind, die jeweils das Übertragungssignal empfangen, um ein elektrisches Signal an das entsprechende Antennenelement (30&sub1;&sub1; . . . 30n1) zum Zeitpunkt der Übertragung zu liefern.

7. Antennensystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin Schaltvorrichtungen (30&sub1;&sub2; . . . 30n2) zur entsprechenden Verbindung der Mehrzahl von Signalübertragungsabschnitten (40&sub1;&sub3; . . . 40n3) mit der Mehrzahl von Antennenelementen zum Zeitpunkt der Übertragung und zur entsprechenden Verbindung der Vielzahl von Antennenelementen mit der Vielzahl von A/D-Wandlern zum Zeitpunkt des Empfangs vorgesehen sind.

8. Antennensystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Signalübertragungsabschnitten über Übertragungsleitungen mit den Mitteln zur Erzeugung von Übertragungssignalen gekoppelt sind.

9. Antennensystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Mehrzahl von Signalübertragungsabschnitte Phasenvorrichtungen (30&sub1;&sub6; . . . 30n6) zur Steuerung der Phase des an das entsprechende Antennenelement zu liefernden elektrischen Signals umfaßt, wodurch die Bildung eines Antennenstrahls in eine gewünschte Richtung ermöglicht wird.

10. Antennensystem nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin umfaßt:

eine Mehrzahl von Übertragungs-Lichtmodulationsvorrichtungen (41&sub1; . . . 41n), die jeweils das Übertragungssignal empfangen und das empfangene Übertragungssignal in ein Lichtsignal umwandeln, eine Mehrzahl von Übertragungslichtleitern (42&sub1; . . . 42n), die jeweils das Lichtsignal von der entsprechenden ersten Lichtmodulationsvorrichtung (41&sub1; . . . 41n) übertragen,

eine Mehrzahl von Übertragungs-Lichtdemodulatorvorrichtungen (40&sub1;&sub1; . . . 40n1), die jeweils das Lichtsignal von dem entsprechenden Lichtleiter (42&sub1; . . . 42n) empfangen und das empfangene Lichtsignal in ein analoges elektrisches Signal umwandeln, um das umgewandelte analoge elektrische Signal an das entsprechende Antennenelement (30&sub1;&sub1; . . . 30n1) zum Zeitpunkt der Übertragung zu liefern.