DE3885871T2

DE3885871T2 - Elektronisch steuerbare Antenne.

Info

Publication number: DE3885871T2
Application number: DE88121617T
Authority: DE
Inventors: Stephen J Kofol; Daniel A Schroepfer
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1987-12-28
Filing date: 1988-12-23
Publication date: 1994-04-14
Anticipated expiration: 2008-12-24
Also published as: US4885592A; EP0322809A3; DE3885871D1; EP0322809A2; EP0322809B1; IL88128A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Antennen mit einem einzigen oder einer Vielzahl von schlitzartigen Strahlern in einem leitfähigen Werkstoff, wobei der Strahlungszustand für einzelne oder ausgewählte Gruppen von Strahlern geändert wird, um auf diese Weise ausgewählte Strahlungsmuster zu erzeugen. Antennenfelder und phasengesteuerte Antennenfelder sind bekannt. Ein Antennenfeld besteht aus einer Vielzahl von Strahlern, die nicht notwendigerweise gleichmäßig verteilt angeordnet sein müssen. Auch brauchen nicht alle Strahler untereinander gleich zu sein. Üblicherweise erzeugen Antennenfelder eine ausgewählte Gruppe von Fernfeldmustern, indem die ausgewählten Strahlungselementen zugeführte elektromagnetische Energie hinsichtlich ihrer Phasenlage verändert wird. Eine Raumabtastung besteht aus einer Drehung eines vorgegebenen Fernfeldmusters im Raum, üblicherweise in einer ausgewählten Ebene. Ein Schlitzstrahler ist üblicherweise eine Öffnung in einem elektrisch leitenden Werkstoff, wodurch elektromagnetische Energie aus der Öffnung abgestrahlt wird, die meistens die Form eines Rechtecks, eines Ringes, eines "Y" oder eines Kreuzes hat. Ein solcher Strahler kann ähnlich einer Ausführungsform sein, bei der das Dipoläquivalent eines Schlitzes als dielektrischer Umriß auf einem Hintergrundwerkstoff mit unterschiedlicher Dielektrizitätskonstanten dargestellt wird.
US-A 3 345 631 beschreibt eine Phasensteuerung für eine Radarabtastantenne. Sie führt hinsichtlich ihrer Phasenlage verschobene Impulse an Zeilen und Spalten von Schlitzstrahlern, um die Phasenlage der elektromagnetischen Energie an jedem Schlitz zu verändern und hierdurch den Antennenstrahl zu schwenken. US-A 3 604 012 schaltet den Strahlungszustand ausgewählter Gruppen von Schlitzpaaren um, um die Phasenlage der von dem Strahlerpaar abgestrahlten Energie umzukehren und hierdurch das Antennendiagramm zu schwenken.
US-A 3 969 729 ordnet Strahlerschlitze im Abstand von einer Viertelwellenlänge an, um verschiedene Phasenzustände für jedes Strahlerelement herzustellen. Die Nettophase der Öffnung des Elements wird auf eine der möglichen Phasenzustände gesetzt, indem man ausgewählte Schlitze im Element öffnet. Diese Elemente werden in phasengesteuerten Antennenfeldern eingesetzt.
Beim Schwenken eines Fernfeldmusters wird im allgemeinen die Streuung vergrößert, wenn das Muster aus der Breitseite bewegt wird. Das allgemeine Fernfeldmuster wird dabei jedoch aufrechterhalten. Die Antennenapertur wird beim Abtasten im allgemeinen auch aufrechterhalten.
Die Erfindung erstrebt ein Antennenfeld, welches sehr schnell abtasten und Strahlungsmuster schnell ändern kann und darüber hinaus eine starke Änderung der Betriebsfrequenz zuläßt, d.h. ein Antennenfeld, das schnell die relative Amplitude und Position des Hauptstrahls bzw. der Hauptstrahlen und seiner Seitenstrahlen verschieben kann und auch durch Schwenken eines bestimmten Strahlungsmusters ändern kann. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Antennenfeld zu schaffen, welches schnell die Aperturgröße ändern und damit das Fernfeld schärfer fokussieren und intensiver machen kann. Diese Technik hat darüber hinaus ein Anwendungspotential für Konstruktionen mit niedrigen Folgekosten. Diese und andere Ziele werden durch die in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichnete Erfindung erreicht. Bevorzugte Ausführungsformen und Einzelheiten sind in den Unteransprüchen beschrieben. Kurze Beschreibung der Erfindung Eine elektronisch steuerbare Antenne umfaßt ein aus Schlitzstrahlern bestehendes Strahlerfeld, wobei jeder Schlitz offen, geschlossen oder in einem dazwischenliegenden Impedanzzustand befindlich sein kann. Die relative Phasenlage des Signals an jedem Strahler wird durch Hardware für jede Strahlergruppe festgelegt, einschließlich ihres speziellen Strahlungszustandes. (Änderungen dieser Phase ergeben sich auf Grund gegenseitiger Beeinflussung bei jeder Strahlerfeldgruppierung). Durch Einstellen der Impedanz (oder dazu gleichwertig durch Verändern des Strahlungswirkungsgrades des Schlitzes) jedes ausgewählten Schlitzes wird das abgestrahlte Muster festgelegt, und durch Ändern der Impedanzwerte für eine ausgewählte Gruppen von Schlitzen kann das Muster verändert werden. Solche Änderungen umfassen das Abtasten oder Schwenken eines Fernfeldstrahlungsmusters, die Erzeugung unterschiedlicher Muster oder das Umschalten auf unterschiedliche Strahlergruppen, um bei einer anderen Frequenz zu arbeiten.
Die Erfindung eignet sich insbesondere für digitale Anwendungen, bei denen die Strahler sich in einem von zwei Zuständen, nämlich entweder offen oder geschlossen befinden. Das Feld von Strahlerelementen wird durch ein geeignetes Übertragungsmittel gespeist, beispielsweise eine Streifenleitung, eine Mikrostreifenleitung, ein Wellenleiter, durch ko-planare oder koaxiale Einrichtungen, Hohlräume, usw. Jeder Strahler wird unabhängig von den anderen geschaltet. Die Aperturgröße kann durch gemeinsames Ein- und Abschalten großer Strahlersegmente schnell verändert werden.
Die Gruppierung geeigneter Radiatoren wird üblicherweise durch eine adaptive Programmiertechnik bestimmt, die einen Algorithmus anwendet. Die Erfindung ist besonders geeignet für eine integrierte monolithische Strahlerfeldstruktur, insbesondere für Millimeterwellen-Frequenzen.
Die Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 4 gekennzeichnet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt einen Schnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung.
Figur 2 gibt einen Schnitt durch Figur 1 längs der Linie 2-2 wieder.
Figur 3 zeigt einen entsprechenden Schnitt längs der Linie 3-3.
Figur 4 zeigt eine Ansicht eines einzelnen Schlitzstrahlers mit Filter.
Figur 5 zeigt einen Teilschnitt längs der Linie 5-5 in Figur 4.
Figur 6 ist ein monolithischer Schlitz mit Schalttransistor.
Figur 7 zeigt einen Schnitt längs der Linie 7-7 in Figur 6.
Figur 8 zeigt schematisch ein adaptives System zum Programmieren der Schlitzsteuerschaltung.
Figur 9a ist ein in dem System gemäß Figur 8 angewandter Algorithmus.
Figur 9b ist ein Ausführungsbeispiel eines in Verbindung mit dem Algorithmus nach Figur 9a verwendeten Schlitzfeldes.
Figur 9c zeigt das mit dem Algorithmus nach Figur 9a verwendete Koordinatensystem.
Figur 9d zeigt Beispiele von drei beim Algorithmus gemäß Figur 9a verwendeten Pixeln.
die Fig.10a, 10b und 10c sind alternative Wanderwellen- Speisevorrichtung, die für die Erfindung nützlich sind.
Fig. 11a ist das gesamte für die Hardware zur Verfügung stehende Feld.
Fig. 11b zeigt die durch die Phasenplatte an jedem Strahler erzeugte feste Phasenverzögerung.
Fig. 12a gibt eine erste Strahlerfeldgruppierung wieder.
Fig. 12b zeigt das gemessene Fernfeldstrahlungsmuster, welches sich aus einer Schlitzfeldgruppierung gemäß Figur 12a ergibt.
Fig. 13a zeigt eine zweite Schlitzfeldgruppierung.
Fig. 13b ist das gemessene Fernfeldmuster, welches sich aus der Schlitzfeldgruppierung nach Figur 13a ergibt.
die Fig.14a, 14b,15a,15b, 16a, und 16b zeigen Beispiele von Schlitzgruppierungen und zugehörigen Fernfeldberechnungen.

Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Ähnliche Bauteile sind der Übersichtlichkeit wegen in den einzelnen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Antenne 10 (vgl. Figuren 1, 2 und 3) weist ein leitfähiges Teil 12 auf, in dem eine Vielzahl von Strahlungselementen, wie rechteckige Schlitze 14 gebildet sind, ferner Mittel zur Einspeisung elektromagnetischer (EM) Energie in das leitfähige Teil 12 und die Schlitze 14, beispielsweise ein Hornstrahler 16, ferner Mittel zum Verändern der Impedanz oder des Schlitzwirkungsgrades für wenigstens einen Teil der Schlitze 14, wie beispielsweise PIN-Dioden 18 in Figur 5 in Verbindung mit einer digitalen Steuerschaltung 20, darüber hinaus Mittel zum Einstellen der relativen Phase der den Schlitzen 14 zugeführten elektromagnetischen Energie, nämlich die Phasenplatte 22, außerdem Mittel zum Speichern von Daten, welche die Gruppierung der Schlitze 14 anzeigen, nämlich den Festwertspeicher ROM24, und schließlich Mittel zur Auswahl zwischen den Gruppen von Schlitzen 14, wie beispielsweise der Mikroprozessor-Eingang 26 die Steuerschaltung 28, die Rechnereinheit 29 sowie der Ausgang 30. Die Impedanz jedes Schlitzes wird unabhängig von derjenigen der anderen Schlitze verändert.
Die Phasenplatte 22 hat eine unterschiedliche Dicke, um die Phase der von der Quelle 32 an den Schlitz 14 gelieferte elektromagnetische Energie um unterschiedliche Beträge zu verzögern. Im Beispiel der Antenne 10 ist die von der Quelle 32 gelieferte elektromagnetische Energie angenähert eine ebene Welle, wenn sie die Phasenplatte 22 erreicht. Die abgestufte Ringform 34 der Phasenplatte 22 ergibt Dickenunterschiede um ausgewählte Bruchteile der Wellenlänge der Quelle elektromagnetischer Energie im dielektrischen Medium der Phasenplatte und liefert eine große Anzahl von Phasenzuständen an den Schlitzen 14, aus denen man auswählen kann. Da der Hornstrahler 16, an welchen die Energiequelle 32 angeschlossen ist, eine erhebliche Längendimension in bezug auf seine orthogonale Ausgangsdimension am leitfähigen Teil 12 hat, ist die Energiewelle am Teil 12 angenähert eben. Obwohl die elektromagnetische Energie sich ausdehnt und im Horn 16 nicht wirklich eben ist, wird beim Auftreffen auf die Phasenplatte 22 die Phasenlage durch die Phasenplatte 22 geändert. Die Phasenplatte 22 kann, ist aber nicht notwendigerweise, mit unterschiedlicher Dicke der Platte 22 hergestellt werden, wie dies in Figur 3 gezeigt ist. Damit ergibt sich eine ebene Welle am leitfähigen Teil 22.
Gruppen von Strahlerelementen werden im Speicher 24 vorzugsweise jeweils durch einen einmaligen Satz von Impedanzwerten für die einzelnen Schlitze 14 bestimmt. Die unterschiedlichen Schlitzgruppierungen können ausgewählt werden, um ein einziges Fernfeldmuster elektromagnetischer Energie zu schwenken, d.h. das Muster im Raum zu drehen und dabei das Verhältnis der einzelnen Keulen praktisch konstant zu halten. Die Schlitzgruppierungen werden derart ausgewählt, daß jede Schlitzgruppe oder Anordnung ein unterschiedliches Fernfeld-EM-Energiemuster, bisweilen auch Fußabdruck genannt, ergibt, d.h. die relative Größe sowie das Verhältnis und/oder die Anzahl der Strahlungskeulen ändert sich. Oder es können unterschiedliche Gruppen ausgewählt werden, von denen jede eine andere Betriebsfrequenz hat, wodurch man mit Frequenz-Multiplex arbeiten kann.
Eine nützliche Einrichtung zum Ändern der Impedanz ausgewählter Schlitze 14 ist eine PIN-Diode 18. Die Figuren 5 und 6 zeigen eine Art von Diode 18 mit Strahlenleitungen 36 und 38 in Verbindung mit einem Grundfilter 40. Ausgangssignale der digitalen Steuerschaltung 20 laufen zum Grundfilter 40 und steuern die Diode 18. Die Schicht 41 des Grundfilters 40 ist üblicherweise 0,0762 bis 0,254 mm dick. Die Phase wird festgelegt durch die Dicke α der Phasenplatte 22, welche zwischen Null und Unendlichkeit liegen kann. Die praktische Dicke liegt in Abhängigkeit von der Dielektrizitätskonstanten &epsi;r des Phasenplattenmaterials 22 zwischen 0 und λ.
Die Figuren 6 und 7 zeigen ein anderes Beispiel einer Impedanzänderungsvorrichtung, nämlich eine monolithische Anordnung aus Schlitz 14 und Schalttransistor 44. Die Basis-Emitterverbindung 42 eines planaren bipolaren Transistors 44 dient der Veränderung der Impedanz über den Schlitz 14 in Abhängigkeit von Veränderungen der Spannung an der Verbindung 42, welche durch die an den Basiskontakt angeschlossene Eingangssteuerleitung bewirkt wird. Eine leichte Modifikation der Anordnung nach den Figuren 6 und 7 zu einer Emitterfolgeschaltung führt zu noch besserem Schaltverhalten. In ähnlicher Weise können andere Strukturen und/oder Halbleiter zur Verbesserung der Leistung verwendet werden. Beispielsweise würde ein Galliumarsenid-Heteroverbindungshalbleiter die schlechte Hochfrequenzeigenschaft des p-Basismaterials in den Figuren 6 und 7 vermeiden und eine niedrigere Impedanz im durchgeschalteten Zustand erzielen.
Die Steuerschaltung 20 kann auf verschiedene Weise realisiert werden. Bevorzugt wird jedoch das adaptive System 39 nach Figur 8, wenn es mit dem Algorithmus gemäß Figur 9a betrieben wird. Auf diese Weise ergibt sich eine digitale Steuerschaltung 20, die mit Hilfe des adaptiven Systems 39 programmiert wird. Die Figuren 9b und 9c stellen ein Numerierungssystem für ein Schlitzfeld sowie ein Koordinatensystem dar, die bei Verwendung des Algorithmus gemäß Figur 9a nützlich sind. Figur 9d zeigt drei vom Algorithmus gemäß 9a zu verarbeitende Pixel, d.h. die Abtastpunktrichtung eines Fernfeldmusters.
Figur 9a wird wie folgt angewandt: Die Gesamtzahl der strahlenden Elemente im Strahlerfeld wird mit den sie kennzeichnenden Koordinaten eingegeben, und die Koordinaten für die gewünschten Pixel und ihre zugeordneten Amplitudengrenzen werden ebenfalls eingegeben. Die Antenne 10 wird mit einer Servoeinheit 46 auf die geeigneten Koordinaten für ein erstes Pixel bewegt. Einer der Schlitze 14 in Figur 9b wird als Bezugsgröße genommen. Der Bezugsschlitz bleibt offen, während die restlichen Schlitze individuell geöffnet werden. Wenn jeder der verbleibenden Schlitze 14 geöffnet wird, notiert man die Wirkung auf die Amplitude des gerade geprüften speziellen Pixels, indem man beispielsweise das Feld im Empfänger 48 mißt und die Abweichung vom vorangehenden Amplitudenwert mittels Berechnung in der Antennenprogrammierschaltung 49 bestimmt. Überschreitet die Amplitudenabweichung einen mit 6 bezeichneten ausgewählten Wert, so werden die Koordinaten des Strahlerschlitzes durch den Programmierschaltkreis 49 in den Speicher ROM 24 eingegeben. Ist die Abweichung kleiner oder gleich 6, so bleibt der Schlitz für dieses Pixel geschlossen und seine Koordinaten werden nicht in den Speicher ROM 24 eingespeichert. Für jedes Pixel werden alle Schlitze auf diese Weise überprüft.
Zusätzlich kann der Algorithmus nach Figur 9a eine weitere Verzweigung aufweisen. Nachdem alle Schlitze für ein bestimmtes Pixel oder eine Gruppe von Pixeln überprüft wurden, wird das sich ergebende Fernfeldmuster mit dem gewünschten Fernfeldmuster verglichen. Das gewünschte Fernfeldmuster könnte beispielsweise in einem Teil des Speichers ROM 24 bereitgehalten werden, und die Amplitude des durch eine bestimmte Gruppe von Schlitzen 14 erzeugten Fernfeldmusters kann mit einem ausgewählten Teil des gewünschten Fernfeldmusters verglichen werden, um festzustellen, ob die Muster übereinstimmen, d.h. innerhalb vorgegebener Spezifikationen liegen. Liegt das Muster innerhalb der Spezifikation, wird der Algorithmus überlicherweise beendet. Man kann jedoch einen Versuch zur Verbesserung der Übereinstimmung durchführen. Werden die Spezifikationen nicht erfüllt, so wird eine Optimierungsroutine aufgerufen, die beispielsweise eine Änderung von 6 und eine Wiederholung des Algorithmus nach Figur 9 umfaßt. Die für den schrittweisen adaptiven Algorithmus-Prozeß nötigte Zeit zum Erzeugen eines optimierten Fernfeldmusters kann durch Ändern des Algorithmus verkürzt werden, um einen Startpunkt für eine bestimmte Schlitzgruppierung im Antennenfeld zu schaffen. Ein Computercode für die Berechnung dieses Startpunktes wurde für die Erzeugung von Summenmustern erzeugt, welche um unterschiedliche Winkel geschwenkt werden können.
Der Strahlerabstand, die gesamte Öffnungsgröße und die durch die phasenbestimmende Hardware vorgegebene Phasenlage jedes Schlitzes werden als Eingangssignale eingegeben. Die physikalischen Eigenschaften der Speisestruktur werden ebenfalls berücksichtigt. Der Rechner berechnet dann, welche Schlitze für eine ausgewählte Hauptstrahlrichtung geöffnet werden müssen. Auch können theoretische Fernfeldmuster aufgezeichnet werden. Diese Voraussagen berücksichtigen die gegenseitige Kopplung zwischen einem Strahlerelement und einem anderen nicht. Diese Effekte sind wichtig. Die zur Erzeugung eines gewünschten Fernfeldmusters vorgesehenen Schlitzgruppen bieten jedoch einen ausgezeichneten Startpunkt für den Algorithmus, um eine Optimierung durchzuführen.
Drei Beispiele von Schlitzgruppierungen und ihre zugeordneten Fernfeldberechnungen sind in den Figuren 14, 15 und 16 dargestellt. Die Gesamtapertur besteht aus 304 Schlitzstrahlerelementen in einem Kreisbereich mit einem rechtwinkeligen Gitterabstand von 0,6 λ. Die schwarzen Punkte stellen jeweils einen für den gewählten Hauptstrahlwinkel offenen Strahler dar. Die Figuren 14, 15 und 16 sind für Strahlrichtungen von 0º, 14,3º bzw. 28,6º dargestellt. Das von jeder dieser Strahlengruppen erwartete Fernfeldmuster ist ebenfalls wiedergegeben. Nur eine der drei Phasen wurde jedem Strahler vor Anfang der Übung zugeordnet. Eine weitere Reduzierung der Nebenkeulen kann durch eine Optimierungsroutine erzielt werden, für welche diese Darstellung einen Startpunkt darstellt, oder durch Verwenden einer größeren Vielzahl von Phasen an den Schlitzen des Strahlerfeldes.
Recht einfache Anderungen des adaptiven Algorithmus können eingesetzt werden, um Vielfachstrahlen und unterschiedliche Muster zu erzeugen. Die Anzahl der Pixel braucht nur erhöht zu werden, um sehr ausgefallene Fußabdruck-Muster herzustellen.
Es ist wichtig zu bemerken, daß die adaptive Technik aus verschiedenen Gründen sehr wirksam ist. Dieses Verfahren ermöglicht es, verringerte Anforderungen an die Fertigungstoleranzen zu stellen, da das Strahlerfeld nach dem Zusammenbau programmiert wird. Eine Kompensation von Eigenschaften, wie schlechte Abstrahlung oder schlechte Impedanzsteuerung, wird durch die vom Algorithmus aufgerufene Optimierung erzielt. Auch das gegenseitige Kopplungsproblem wird experimentell berücksichtigt, so daß sehr schwierige Berechnungen vermieden sind. Die oftmals ummögliche theoretische Berechnung einer konformen Antenne wird empirisch durch diese Technik erzielt. Die adaptive Technik zum Erzeugen und Optimieren von Fernfeldmustern ist aus diesen Gründen ungewöhnlich wirksam und flexibel.
Die Figuren 10a, b und c zeigen verschiedene Konfigurationen 50, 52 und 54 der vorliegenden Erfindung. Soll die Last dem Wellenwiderstand Z&sub0; des Übertragungsmediums angepaßt werden, so enthielten alle drei Konfigurationen eine Wanderfeldanordnung. Ist die Last kurzgeschlossen oder die Schaltung unterbrochen, so würde eine Anordnung mit stehenden Wellen zum Einsatz kommen. Beide Ansätze können mit unterschiedlichen Übertragungsmedien realisiert werden, beispielsweise Streifenleitung, Mikrostreifenleitung, Hohlleiter, koplanar, koaxial oder ähnliche Technik. Die Vorrichtungen 50 und 54 können eine Zeile in einer Folge von übereinandergestapelten Zeilen sein, um eine ebene Anordnung oder eine andere gemeinsame Einspeisungsvorrichtung zu bilden. Die Vorrichtung 52 ermöglicht eine zweidimensionale Strahlsteuerung mit nur einer Einspeisungsleitung, indem die Einspeisungsleitung hin- und hergeführt wird. Bei der Anordnung 54 haben verschiedene Strahlergruppen, z.B. die mit x und y bezeichneten unterschiedlichen Gruppen, Schlitze unterschiedlicher Länge für jede Gruppe, um eine Auswahl unter einer Anzahl von Frequenzen zu ermöglichen, d.h. eine andere Frequenz für jede Gruppe. Will man die Gruppe x in Figur 10c auswählen, so kann man die y-Strahler schließen und ein Fernfeldmuster aus den Strahlerelementen der Gruppe x bilden.
Die Figur 11a zeigt das insgesamt zur Verfügung stehende Feld von Schlitzen in einer Hardware- Demonstationsantenne. Die Figuren 12a und 13a geben zwei in der Vorrichtung 10 angewandte unterschiedliche Schlitzmuster für Strahlpositionen von 0º bzw. 30º wieder. Die Figuren 12b und 13b zeigen die sich ergebenden Fernfeld EM-Energiemuster. Figur 11b zeigt die feste Phasenverzögerung infolge der Phasenplatte an jedem Strahler.
Die Erfindung ist insbesondere für digitale Schaltkreisanwendungen geeignet, bei denen die Dioden 18 oder Verbindungsstellen 42 zwischen EIN- und AUS-Zuständen umgeschaltet werden. Der Grundstrom für die Dioden 18 oder Verbindungsstellen 42 kann auf einen Wert zwischen dem Ein- und dem Ausschaltwert eingestellt werden, um die erzeugten Strahlungsmuster noch genauer einzustellen. Der Grundstrom kann gleichwohl digital gesteuert werden, während das Fernfeldmuster durch die Anwendung von Zwischenwerten des Grundstromes genauer begrenzt wird. Auch kann man eine analoge Steuerung vorsehen. In der monolithischen Version der vorliegenden Erfindung sind das Teil 12 und die Phasenplatte 22 von geringem Gewicht und dünn. Die monolithische Version ermöglicht eine kostenwirksame Realisierung bei ultrahohen Frequenzen, z.B. bei Millimeterwellen. Gewicht und Dicke der Teile 12 und 22 hängen von verschiedenen Faktoren ab, z.B. Frequenz, Verstärkungsgrad/Strahlbreite, Umgebungseinflüsse, usw.
Die Erfindung wurde mit einigen wenigen speziellen Einspeisungsvorrichtungen und Halbleiterschaltern zum Verändern des Schlitzstrahlungswiderstandes der Schlitze beschrieben. Es können jedoch auch andere Einspeisungstechniken und Schaltvorrichtungen angewandt werden. Beispielsweise kann ein mechanischer oder elektromechanischer Schalter zum physikalischen Bewegen eines Gegenstandes über die Schlitze oder dicht vor den Schlitzen dienen, um deren Impedanz zu ändern. Andere elektrische Mittel wie eine Halbleiterpindiode oder ein Transistor können zum Einsatz kommen. Jede elektrische Vorrichtung, welche die Leitfähigkeit, die Dielektrizitätskonstante oder die Permeabilität der Strahler ändern kann, läßt sich in ähnlicher Weise einsetzen.
Das gegenwärtig für die Erfindung benutzte Strahlerelement ist eine rechteckförmige Schlitzöffnung in einem leitfähigen Bereich. Andere Schlitzöffnungen haben die Form eines "Y" oder eines Kreuzes. Man kann jegliche Schlitzform verwenden, einschließlich von Ringschlitzen. Die Verfahren zur Einspeisung elektromagnetischer Energie in den Schlitzstrahler sind zahlreich. Nur einige wurden in der Beschreibung erwähnt. Die Erfindung verwendet eine Vielzahl von Schlitzen, die zur Amplitudensteuerung ein- oder abgeschaltet werden. Eine feste Phasenverschiebung ist in der Antenne für jeden Schlitz vorgesehen. Verschiedene Kombinationen oder Gruppierungen von Schlitzen können für die Phasenauswahl zur Erzeugung eines bestimmten Musters oder einer bestimmten Strahlrichtung ausgewählt werden. Ebenso ermöglicht die Ein- und Ausschaltung von Schlitzen unterschiedlicher Länge Frequenzänderungen des Strahlerfeldes. Oder es werden viele oder wenige Schlitze eingeschaltet, um einen schmalen oder einen breiten Strahl zu erzeugen. Die Dioden an den Schlitzen dienen nicht nur der Ein- und Ausschaltung der Schlitze, sondern eine Diodensteuerung kann auch variabel zur Abstimmung der Schlitze und zur Steuerung der Amplitude des Ausgangssignales der Schlitze und der Antenne vorgesehen sein. Diese Steuerung ist besonders nützlich zur Vermeidung von Produktionsproblemen, indem man die Ausgangsleistung jedes Schlitzes zur Feinabstimmung des Strahlerfeldes optimieren kann. Jeder Schlitz hat eine vorgegebene Phase, welche durch die Diodensteuerung nicht verändert wird. Ein typischer Schlitz hat eine Phasendifferenz gegenüber den Phasen einiger der anderen Schlitze. Es ist die Auswahl oder Gruppierung bestimmter Schlitze, welche die Gesamtphase des Strahlerfeldes verändert. Hauptzweck der dielektrischen Phasenplatte 22 ist die Phasenverschiebung der elektromagnetischen Energie bevor diese die Schlitze erreicht. Die Schlitze und entsprechende Dioden können monolithisch auf einem integrierten Schaltkreisbaustein hergestellt werden.

Claims

1. Eine elektronisch steuerbare Antenne mit:

a) einem Feld schlitzartiger Strahler (14) in einem leitfähigen Teil (12);

b) einer Energiequelle (32) für elektromagnetische Strahlung, welche solche Strahlung an das Strahlerfeld (14) liefert;

c) einer Steuereinrichtung (20) zur individuellen Steuerung der Strahler (14);

d) einer in die Steuereinrichtung (20) eingeschalteten Antennenprogrammiervorrichtung (49) zur Auswahl bestimmter einzuschaltender Strahler (14), um hierdurch bestimmte Gruppenmuster aktivierter Strahler zu bilden;

dadurch gekennzeichnet, daß

e) das leitfähige Teil (12) auf einer dielektrischen Phasenplatte (22) variabler Dicke befestigt ist, wobei die benachbarte Dicke eine spezielle Phasenlage für jeden der Strahler (14) bestimmt;

f) jeder Strahler (14) ein einzelner Schlitz ist und eine individuelle steuerbare Strahlungsausgangsamplitude sowie eine spezielle festgegebene Phasenlage aufweist;

g) jeder Strahler (14) ihm zugeordnete individuelle Mittel (18, 44) zum Verändern der Impedanz des zugeordneten Schlitzes (14) aufweist;

h) jedes der Impedanzänderungsmittel (18, 44) den entsprechenden Strahler (14) ein- oder abschaltet und damit die Ausgangsleistung des entsprechenden Strahlers (14) steuert.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Impedanzänderungsmittel eine Diode (18) ist und die Steuereinrichtung (20) diskret den Steuerstrom für die Diode schaltet.

3. Antenne nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, daß jedes der Impedanzänderungsmittel ein Transistor (44) ist und die Steuereinrichtung (20) diskret die Steuerspannung für den Transistor schaltet.

4. Eine elektronisch steuerbare Antenne mit

a) einem Feld schlitzartiger Strahler (14) in einem leitfähigen Teil (12);

b) einer Energiequelle (32) elektromagnetischer Strahlung zur Zufuhr solcher Strahlung an das Strahlerfeld (14);

c) einer Steuereinrichtung zum individuellen Steueren der Strahler (14);

d) einer an die Steuereinrichtung (20) angeschlossenen Antennenprogrammiervorrichtung (49) zur Auswahl bestimmter einzuschaltender Strahler (14) und damit zum Bilden eines speziellen Gruppenmusters aktivierter Strahler;

dadurch gekennzeichnet

daß

e) das leitfähige Teile (12) auf einer dielektrischen Phasenplatte (22) variabler Dicke befestigt ist, wobei die benachbarte Dicke für jeden der Strahler (14) eine spezielle Phasenlage bestimmt;

f) jeder Strahler (14) ein einziger Schlitz ist und eine individuell steuerbare Strahlungsausgangsamplitude sowie eine spezielle feste Phasenlage aufweist;

g) jeder Strahler eine Basis-Emitter-Verbindung (42) eines zugehörigen planaren bipolaren Transistors (44) aufweist, welcher die Impedanz des Strahlers (14) entsprechend einer jenem Verbindungspunkt (42) zugeführten Steuerspannung steuert und damit die Amplitude der Ausgangsstrahlung jedes Strahlers bestimmt.

5. Antenne nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannungen für die zugeordneten Transistoren (44) zur Feinabstimmung der Amplituden der Ausgangsstrahlung der Strahler (14) eingestellt werden.

6. Antenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die schlitzartigen Strahler (14) und die zugordneten Dioden (18) oder Transistoren (44) einen monolithischen integrierten Schaltkreisbaustein bilden.

7. Antenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (20) Mittel (24) zum Speichern von Schlitzgruppen (14) zugeordneten Daten aufweist, wobei jede Gruppe durch einen einmaligen Satz von Phasen für diese Schlitze bestimmt ist, und Mittel (26, 28, 29, 30) umfaßt zur Auswahl bestimmter Schlitze (14).

8. Antenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die schlitzartigen Strahler (14) verschiedene Dimensionen aufweisen und eine Auswahl von schlitzartigen Strahlern mit ähnlichen Dimensionen eine bestimmte Frequenz des abgestrahlten Musters bestimmt, wobei die bestimmte Frequenz durch die Dimensionen der schlitzartigen Strahler vorgegeben ist.