DE4314406A1 - Gruppenantenne mit optischem Strahlformungs-Netzwerk - Google Patents
Gruppenantenne mit optischem Strahlformungs-NetzwerkInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Gruppenantenne nach dem Ober
begriff des Patentanspruchs 1.
Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf ein
Antennensystem für Satellitenkommunikation und Radar-
Anwendungen im Mikro- und Millimeterwellen-Frequenzbe
reich, die zunehmend als ein (1×N)- oder zweidimensionale
(M×N) aktive Antennengruppen realisiert werden.
Eine Anwendung derartiger Gruppenantennen sind phasenge
steuerte Antennen für boden- und bordgestützte Ra
darantennen, deren Apertur durch einige hundert bis meh
rere tausend Sende-/Empfangs-Module (T/R-Module) mit di
rekt zugeordneten Strahlerelementen ausgebildet ist.
Bei konventionellen Radarsystemen wird die erforderliche,
hohe Sendeleistung zentral erzeugt (z. B. mittels Wander
feldröhren) und über entsprechende Verteilungen (ein
schließlich eventuell erforderlicher Schleifringe) an die
Antenne übertragen. Das empfangene Signal der Antenne wird
über das gleiche Verteilnetzwerk, das meist als Hohllei
terstruktur oder als Triplate-Struktur ausgebildet ist,
oder eine spezielle Empfangsverteilung zum Empfänger über
tragen.
Wesentliche Verbesserungen gegenüber diesen konventionel
len Radarsystemen bieten aktive Antennengruppen ("aktive
phased arrays") bezüglich ihrer dezentralen
Leistungserzeugung in sogenannten T/R-Modulen. Dadurch
entstehen geringe Signalverluste und eine sogenannte
sanfte Ausfall-Charakteristik (failsoft-Charakteristik).
Zusätzlich erfolgt unmittelbar hinter den Strahlerelemen
ten eine rauscharme Verstärkung der Empfangssignale.
Die erforderlichen Einstellungen der HF-Signale zur For
mung und Schwenkung des Antennendiagramms, Polarisations
arten und Kalibration für den Sende- und Empfangsbetrieb
erfolgt mittels Phasen- und Amplitudenstellern in den je
weiligen T/R-Modulen.
Aus der US 4 258 363 ist ein "phased array"-Radarsystem
bekannt, das aus einer Vielzahl von Sende-/Empfangs-Strah
lerelementen (s/E-Strahler) besteht. Jeder S/E-Strahler
ist an einen zugehörigen Sende-/Empfangsmodul (T/R-Modul)
angeschlossen. Jeder T/R-Modul hat einen optischen Ein
gang, dem über einen Lichtwellenleiter ein optisches Si
gnal zugeführt wird, welches das Sendesignal, bei einer
Frequenz von 725 MHz, und das Oszillatorsignal, bei einer
Frequenz von 750 MHz als Zeitmultiplexsignale enthalten.
In jedem T/R-Modul werden Sende- und Oszillatorsignal
durch eine gemeinsame Photodiode und einen daran ange
schlossenen elektrischen Verstärker in ein elektrisches
Multiplexsignal umgewandelt, das anschließend durch einen
elektrischen Diplexer in getrennte Sende- und Oszillator
signal aufgespalten werden. Diese werden jeweils einem
Vierfach-Frequenzmultiplizierer mit nachgeschalteten Pha
seneinsteller zugeführt. Es entstehen Sende- und Oszilla
torsignale mit einer Frequenz von 2,9 GHz, die ausgesandt
(Sendesignal) werden bzw. einem Mischer (Oszillatorsignal)
zur Demodulation des Empfangssignales zugeführt werden.
Das in dem Mischer demodulierte elektrische Empfangssignal
wird elektrisch verstärkt und einem elektrooptischen Modu
lator zugeführt. Dieser moduliert das von einer Laserdiode
ausgesandte Licht zu einem optischen Empfangssignal. Die
ses sowie das optische Sende-/Oszillatorsignal werden be
vorzugt über zwei getrennte optische Verteilernetze zu ei
ner zentralen Auswerteeinheit geleitet.
Eine solche Anordnung erzeugt in nachteiliger Weise unkon
trollierbare Fehler, z. B. Phasenfehler durch die Frequenz
multiplizierer, und ermöglicht keine Veränderung der Am
plitudeneinstellung (Amplitudenbelegung).
Aus der US-4 814 773 ist eine Radaranlage mit einer Grup
penantenne bekannt, bei der jedem Strahlerelement ein
Sende-/ Empfangs-Modul (T/R-Modul) zugeordnet ist. Die
Übertragung der Sende- und/oder Empfangssignale zwischen
einer Zentraleinheit und den T/R-Modulen erfolgt mit Hilfe
von Lichtwellenleiter, optischen Multiplexern und einem
optischen Wellenlängenmultiplexverfahren.
Dabei ist jeder T/R-Modul mit einem zugehörigem Lichtwel
lenleiter unmittelbar mit der Zentraleinheit verbunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsge
mäße Gruppenantenne anzugeben, die zuverlässig und kosten
günstig herstellbar ist, die schnelle und hochgenaue Ände
rungen der Phasen- und/oder Amplitudenbelegungen ermög
licht und die insbesondere für eine Bordradaranwendung ge
eignet ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden
Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteil
hafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den
Unteransprüche entnehmbar.
Ein erster Vorteil der Erfindung besteht darin, daß zwi
schen der zentralen Steuereinheit (BSU = "beam steering
unit") und der Gruppenantenne eine baum- und/oder stern
förmige Lichtwellenleiter-Struktur vorhanden ist, die sei
tens der Steuereinheit mit einem einzigen Halbleiterlaser
betreibbar ist. Eine derartige Lichtwellenleiter-Struktur
ist kostengünstig herstellbar.
Ein zweiter Vorteil besteht darin, daß in der Lichtwellen
leiter-Struktur eine bidirektionale Datenübertragung aller
Signale im Zeitmultiplexverfahren erfolgt.
Ein dritter Vorteil besteht darin, daß in jedem T/R-Modul
eine digital ansteuerbare T/R-Modul-Steuerung vorhanden
ist, mit der hochgenau und schnell die Phasen- und/oder
Amplitudenbelegung der gesamten Antenne einstellbar ist.
Ein vierter Vorteil besteht darin, daß alle Signale, ins
besondere das Sendesignal, das LO-Signal sowie das ZF-Si
gnal im Originalfrequenzbereich über die Lichtwellenlei
ter-Struktur übertragen werden. Dadurch werden ansonsten
nötige elektrische und/oder optische Mischer vermieden.
Ein fünfter Vorteil besteht darin, daß in jedem T/R-Modul
elektrooptische sowie optoelektrische Bauelemente, die ko
stengünstig als integrierte III-V-Halbleiterbauelemente
herstellbar sind, vorhanden sind.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Be
schreibung.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei
spielen unter Bezugnahme auf schematisch dargestellte
Zeichnungen näher erläutert. Die Fig. 1 bis Fig. 6 zeigen
schematisch dargestellte Blockbilder zur Erläuterung der
Erfindung.
Bei einem beispielhaft gewähltem Bordradarsystem für ein
Flugzeug werden Signale im x-Band, z. B. im Frequenzbereich
von 9,5 GHz bis 10,5 GHz, von einer Frequenzzentrale über
ein Verteilnetzwerk zu den einzelnen T/R-Modulen bzw. von
diesen zu einer Signalverarbeitung mit einem zentralen
Empfänger oder Antennenuntergruppen zugeordneten Empfän
gern übertragen. Die konventionelle Verteilungsstruk
tur(en) für die x-Band-Signale werden vorteilhaft durch
Lichtwellenleiter und deren Kombination zu einem optischen
Beamforming-Netzwerk ersetzt. Dabei werden vor allem mono
modige Lichtwellenleiter bzw. Verteilnetzwerke wegen ihrer
geringen Dämpfungs- und Dispersionswerte bei Wellenlängen
von 0,8 µm bis 1,55 µm verwendet. Zur optischen Verteilung
an die T/R-Module wird das radartypische Sendesignal und
LO-Signal (im Zeitmultiplex für Sende- und Empfangsfall)
mittels eines elektrooptischen Wandlers, der vorteilhaft
als sogenannter DFB-Laser ausgebildet ist, einem optischen
Trägersignal direkt aufmoduliert. In jedem der T/R-Module
erfolgt dann mittels eines optoelektrischen Wandlers, der
vorteilhaft als Fotodiode ausgeführt ist, die Umsetzung
des Sende- bzw. LO-Signals in den Mikrowellenbereich sowie
dessen Aufbereitung zur Abstrahlung durch das zugeordnete
Strahlerelement. Bei diesen Signalumsetzungen bleiben die
Amplituden- und Phaseninformationen erhalten. Im Empfangs
fall sind verschiedene Übertragungsarten, z. B. analog, di
gital oder optisch, bzw. uni- sowie bidirektionale
Beamforming-Netzwerke anwendbar.
Die Erfindung vereinigt vorteilhaft die günstigen Eigen
schaften von optoelektrischen und elektrooptischen Wand
lern zur Umsetzung von Mikrowellensignalen, z. B. bis zu
einer Frequenz von 12 GHz, sowie der optischen Signalver
teilung und -führung, wodurch ein störungsarmer Signalfluß
bei geringen elektrischen Verlusten und hoher mechanischer
Flexibilität möglich wird.
Eine Anordnung einer aktiven Antennengruppe ist in Fig. 1
dargestellt. Das radartypische Sendesignal für den Sende
fall und das LO(local oscillator)-Signal für den Empfangs
fall, beide im Mikrowellenbereich, z. B. bei einer Frequenz
von 9 GHz, werden je nach Betriebsmode (Senden oder Emp
fang) von der Frequenz zentrale des Radarsystems an einen
Sende-/Empfangs-Umschalter zugeführt. Das anliegende,
hochfrequente Analogsignal gelangt zu einer Anpaßschaltung
für einen elektrooptischen Wandler, vorteilhafterweise
eine Laserdiode, die z. B. als sogenannte DFB-Laserdiode
ausgebildet ist. Die Anpaßschaltung wird für minimale
elektrische Verluste und geringes Rauschen sowie auf die
erforderliche Signalbandbreite, z. B. von 7,5 GHz. bis
10,5 GHz, optimiert, wobei über ein zusätzliches Netzwerk
die Stromversorgung des elektrooptischen Wandlers erreicht
wird. Die Anpaßschaltung für das HF-Signal (Sende- oder
Empfangssignal) und/oder das Netzwerk für die Stromversor
gung wird vorteilhafterweise in Mikrostreifenleitungs-
oder Koplanartechnik ausgeführt. Das von der Laserdiode
erzeugte optische Überlagerungssignal, z. B. bei einer Wel
lenlänge von 1550 nm, wird in einen zentralen Lichtwellen
leiter (LWL) eines Strahlformungs-(Beamforming)-Netzwerks
eingekoppelt. Ein eingespleister optischer Isolator ver
hindert Rückwirkungen von störenden reflektierten opti
schen Signalen auf die Laserdiode. Der nachfolgende opti
sche Verstärker, z. B. ausgeführt als faseroptischer Ver
stärker oder optischer Halbleiterverstärker, erhöht den
Pegel des optischen Signals, das anschließend in einem op
tischen Beamforming-Netzwerk (optische Teiler) zeilenför
mig (eindimensionale Array) oder zeilen- und spaltenförmig
(zweidimensionales Array) verteilt und an die jeweiligen
T/R-Module über entsprechende Lichtwellenleiter geführt
wird. Je nach Anzahl der T/R-Module in der Antennenapertur
sind möglicherweise auch mehrere dieser optischen Verstär
ker an den Eingängen der Zeilen- bzw. Spaltenverteilungen
erforderlich. Das optische Beamforming-Netzwerk basiert
dabei auf optischen 1 : 4-Teilern, die in einer Stern- oder
Baumstruktur über Lichtwellenleiter verbunden sind. Die
1 : 4 -Signalaufteilung ist sogenannten Makromodulen ange
paßt, bei denen jeweils 4 T/R-Module in einem gemeinsamen
mechanischen Gehäuse zusammengefaßt sind. Zur Erzeugung
von BITE (build in test)-Signalen erweisen sich optische
1 : 5-Teiler von Vorteil, wobei der fünfte Ausgang zur Über
wachung (Monitoring) der Signalübertragung genutzt werden
kann.
Jeweils ein Ausgang eines optischen Teilers (1 : 4 oder 1 : 5)
ist über einen Lichtwellenleiter mit einem zugehörigem
T/R-Modul gekoppelt, was anhand Fig. 2 näher erläutert
wird.
Gemäß Fig. 2 werden die optischen Signale über Lichtwel
lenleiter an den jeweiligen optoelektronischen Wandler,
z. B. eine Photodiode, eines T/R-Modules geleitet. An den
Fotodioden dieser Wandler werden dann die optischen Si
gnale demoduliert. Die Fotodioden werden gleichspannungs
mäßig vorgespannt und zur Optimierung der Übertragungs
eigenschaften (z . B. Rauschen, Einfügungsdämpfung)
hochfrequenztechnisch angepaßt. Über die ausgangsseitige
HF-Leitung des Anpaßnetzwerks, z. B. mit 50Ω Wel
lenwiderstand und ausgeführt in Mikrostreifentechnik, wer
den die aus der Demodulation resultierenden elektrischen
Sende- bzw. LO-Signale einem monolithischen, rauscharmen
Verstärker (LNA) zugeführt. Der Betriebsfrequenzbereich
dieses LNAs umfaßt dabei z. B. 7,5 GHz bis 11,5 GHz, ent
sprechend dem Sendefrequenzbereich von 9,5 GHz bis
10,5 GHz und dem LO-Frequenzbereich von 7,5 GHz bis
8,5 GHz. Dabei wirkt sich die auf 7,5 GHz bis 11,5 GHz
eingeschränkte Bandbreite des LNAs vorteilhaft auf die
Rauscheigenschaften des jeweiligen T/R-Moduls aus. Das
verstärkte Mikrowellensignal gelangt auf einen Diplexer,
der aus der Kombination zweier Bandpaßfilter (BPF) be
steht. Eines der BPF ist auf das Sendesignal, z. B. 9,5 GHz
bis 10,5 GHz, optimiert, das andere auf das LO-Signal,
z. B. 7,5 GHz bis 8,5 GHz. Diese passive Diplexerstruktur
ermöglicht somit eine einfache, zuverlässige Signal
auftrennung mit sehr geringer Einfügungsdämpfung, z. B.
kleiner 1 dB, und geringem Platzbedarf. Diese Signalauf
trennung ist entsprechend dem jeweiligen Betriebsmode des
Radarsystems (Senden oder Empfang) alternativ mit einem
Umschalter (SPDT-Schalter), z. B. in monolithischer Form
wegen der durch die höchste Betriebsfrequenz von 10,5 GHz
vorgegebenen mechanischen T/R-Modulbreite, ausführbar. Das
Sendesignal gelangt anschließend zu einem für Sende- und
Empfangsfall gleichen Kontrollpfad, bestehend aus zwei Um
schaltern (SPDT-Schalter), einem Amplitudensteller (ausge
führt z. B. als einstellbarer Verstärker VGA) und einem 6-
Bit Phasensteller. Das HF-Signal wird dabei entsprechend
den antennentechnischen Anforderungen, z. B. Keulenform,
Keulenschwenkung usw., in Amplitude und Phase gewichtet.
Nach der erforderlichen Leistungsverstärkung mittels Trei
berverstärker und Leistungsverstärker, vorzugsweise ausge
führt in einer balanced amplifier-Konfiguration, wird das
Sendesignal über eine Sende-/Empfangsweiche, z. B. einem
Zirkulator, sowie einem Tiefpaßfilter (TPF) dem jeweiligen
Strahlerelement der Antennengruppe zugeführt. Das TPF und
die Hochpaßcharakteristik des Strahlerelements, z. B. aus
geführt in Hohlleitertechnik, realisieren eine Band
paßcharakteristik, die auf den Betriebsfrequenzbereich
9,5 GHz bis 10,5 GHz optimiert ist.
Im Empfangsfall gelangt das einfallende elektromagnetische
Radar-Signal auf die Anordnung der Strahlerelemente des
Arrays. Das jeweilige HF-Signal im x-Band eines Strahler
elements gelangt über das TPF und die Sende-/Empfangs-wei
che an einen nicht reflektierenden Begrenzer. Dieser
schützt den nachfolgenden rauscharmen Verstärker (LNA) ge
gen einen zu hohen, störenden Empfangspegel und durch sei
nen nichtreflektiven Aufbau auch den Ausgang des Lei
stungsverstärkers. Mittels des LNAs wird das Empfangssi
gnal im Frequenzbereich 9,5 GHz bis 10,5 GHz verstärkt,
gelangt über den beschriebenen Kontrollpfad (Phasen- und
Amplitudenwichtung) auf ein Bandpaßfilter BPF (9,5 GHz-
10,5 GHz). Dieses bandbegrenzte Signal sowie das LO-Signal
(Diplexer und Lo-Treiberverstärker) speisen einen
monolithischen Mischer. Das resultierende ZF-Signal, z. B.
mit einer Mittenfrequenz von 2 GHz, steht dann nach einem
Tiefpaßfilter (TPF) und einem ZF-Verstärker am Ausgang des
jeweiligen T/R-Moduls zur Verfügung.
Auf jedem T/R-Modul ist außerdem eine T/R-Modul-Steuerung
vorhanden. Diese erzeugt Steuersignale St, welche die
SPDT-Schalter (Sende-Empfangs-Umschalter) betätigen und
außerdem den Phasensteller und den Amplitudensteller ent
sprechend des gewünschten (Antennen-)Diagramms einstellen.
Die Ansteuerung der T/R-Modul-Steuerung kann z. B. elek
trisch erfolgen mit Hilfe eines nicht dargestellten elek
trischen Steuerleitungsnetzwerkes. Besonders vorteilhaft
ist jedoch, die Steuersignale in kodierter digitaler Form
im Zeitmultiplexverfahren über den Lichtwellenleiter zu
übertragen. Die T/R-Modul-Steuerung erhält in diesem Fall
ein Steuer-Eingangs-Signal von dem Ausgang des rauscharmen
Verstärkers LNA. Dieses Zeitmultiplexverfahren wird nach
folgend anhand der Fig. 6 noch näher erläutert.
Auf jedem T/R-Modul ist außerdem eine T/R-Modul-(Fein-
)Stromversorgung vorhanden, mit welcher z. B. die elektri
schen Spannungen für die beschriebenen Bauelemente erzeugt
und stabilisiert werden.
Das T/R-Modul entsprechend Fig. 3 unterscheidet sich von
demjenigen der Fig. 2 lediglich dadurch, daß nach dem ZF-
Verstärker ein Analog/Digital-Wandler für den ZF-Bereich
eingefügt ist. Dadurch sind die Empfangssignale (ZF-Be
reich) in digitaler Form zur weiteren Übertragung und Be
arbeitung in dem Empfänger (konventionelles Radar) oder
mehreren Empfängern (Adaptives Array) verfügbar.
Die Signalübertragung im Empfangsfall entsprechend Fig. 2
erfolgt über Koaxialkabel und/oder Verteilungen in
Streifenleiterform bzw. entsprechend Fig. 3 über eine
Datenbusstruktur. Neben diesen konventionellen und an sich
bekannten elektrischen Übertragungsarten ist ebenfalls
eine optische Signalübertragung möglich. Dazu werden in
nerhalb der T/R-Module die analogen bzw. digitalen Emp
fangssignale (ZF-Bereich) zur direkten Modulation einer
Laserdiode (mit geringer Laserschwelle) benutzt und das
entstandene jeweilige optische Signal auf spezielle LWL
einer optischen Empfangsverteilung eingekoppelt. Die er
forderliche Demodulation erfolgt mittels optoelektrischer
Wandler an der/den entsprechenden Auswerteeinheiten (Emp
fängern).
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem das an
hand der Fig. 1 beschriebene optische Strahlformungs-
(Beamforming)-Netzwerk durch eine bidirektionale Nutzung
vorteilhaft ausgenutzt wird. Dadurch wird der Aufwand be
züglich des optischen Beamforming-Netzwerks bzw. der opti
schen Empfangsverteilung minimiert, insbesondere für eine
aktive Antennengruppe. Entsprechend dem zeitsequentiellen
Radarbetrieb werden innerhalb eines Radarzyklusses
zunächst die Initialisierungsdaten von einer in der Radar
anlage vorhandenen Strahlformungseinheit ("Beamsteering
Unit") (BSU) an die individuellen T/R-Module des ein- oder
zweidimensionalen Antennen-Arrays übertragen. Dabei werden
die Einstellwerte der Phasen- und Amplitudensteller ent
sprechend der antennentechnischen Erfordernisse für den
Sende- und Empfangsfall übertragen und zwischengespei
chert, z. B. in einem digitalem Speicher, der in den T/R-
Modulen vorhanden ist. Zeitlich anschließend erfolgt die
Übertragung des Sendesignals, gefolgt von dem LO-Signal im
Mikrowellenbereich zur Umsetzung des Empfangssignals in
den ZF-Bereich. Nach der A/D-Wandlung und einer ent
sprechenden Zwischenspeicherung können im vierten Teil des
Radarzyklus die digitalen Daten abgerufen werden.
Abweichend von der in Fig. 1 beschriebenen Architektur er
folgt hier die optoelektrische Wandlung der Steuersignale
für die T/R-Module über eine zusätzliche zweite Laserdiode
(Laserdiode 2), mit entsprechender Anpaßschaltung und
Bias-Netzwerk. Die resultierenden optischen Signale werden
über einen optischen Richtkoppler in das optische Beamfor
ming-Netzwerk (Fig. 4) eingekoppelt und an die T/R-Module
übertragen.
Alternativ dazu ist es möglich, die Laserdiode 2 wegzulas
sen und statt dessen die (Haupt-)Laserdiode (zur Übertra
gung des Sende- und/oder LO-Signales) elektrisch mit einem
Signal entsprechend den Steuersignalen (Initialisierungs
signalen) zu modulieren, so daß ein im Zeitmultiplexver
fahren ausgesandtes entsprechendes optisches Signal ent
steht.
Es ist vorteilhaft, bei einem T/R-Modul entsprechend Fig.
3 dem dort dargestellten Analog/Digital-Wandler ADC einen
digitalen Zwischenspeicher nachzuschalten. Damit können in
jedem T/R-Modul die im ZF-Bereich in digitaler Form vor
liegenden Empfangssignale zwischengespeichert werden.
Es ist vorteilhaft, die in den Fig. 2 und 3 mit opto
elektrischen Wandler bezeichnende Anordnung in jedem Modul
durch eine elektro-optische Sende-/Empfangs-Anordnung ge
mäß Fig. 5 zu ersetzen. Die Anordnung enthält einen ersten
elektrischen Zweig, bestehend aus dem bereits anhand der
Fig. 2, 3 beschriebenen optoelektrischen Wandler (Photodi
ode), einem zugehörigem elektrischem Anpaßnetzwerk und dem
nachgeschaltetem rauscharmen Verstärker LNA, an dessen
Ausgang das Sende- oder LO-Signal entsteht.
Das beschriebene analoge ZF-Signal (Empfangssignal) (Fig.
2) oder das entsprechende digitale ZF-Signal (Fig. 3), das
vorteilhafterweise zwischengespeichert wurde, werden an
den elektrischen Eingang des zweiten Zweiges gelegt. Die
ser enthält ein elektrisches Anpaßnetzwerk und einen nach
geschalteten elektro-optischen Wandler, z. B. eine Laserdi
ode. Die zu den Wandlern gehörenden optischen Signalfüh
rungen werden mit Hilfe eines optischen Richtkopplers an
den zu jedem Modul führenden Lichtwellenleiter gekoppelt.
Eine solche Anordnung gemäß Fig. 5 ist vorteilhafterweise
vollständig als opto-elektrisches Bauteil in integrierter
Form als Halbleiterbauelement, vorzugsweise in sogenannter
III-V-Technologie, z. B. GaAs-Technologie, herstellbar. Da
bei sind die dargestellten optischen Signalführungen sowie
der optische Richtkoppler durch an sich bekannte Dif
fusions- und Dotierungsvorgänge herstellbar. Es ist vor
teilhaft, daß der elektrooptische Wandler eine möglichst
geringe sogenannte Laserschwelle besitzt, so daß eine di
rekte Modulation möglich ist. Das entstehende optische Si
gnal wird dann über den optischen Richtkoppler in das op
tische Beamforming Netzwerk eingespeist, in der Zen
traleinheit (BSU) demoduliert und dort in bekannter Weise
ausgewertet.
In den Lichtwellenleitern des Strahlformungs-(Beamfor
ming-)Netzwerkes entsprechend Fig. 4 ist dann eine bidi
rektionale optische Datenübertragung in dem bereits er
wähnten Zeitmultiplex-Betrieb möglich.
Fig. 6a zeigt ein schematisch dargestelltes optisches
Zeitmultiplexsignal für einen Radarzyklus n (n = ganze
Zahl) für einen einzigen T/R-Modul. Das Zeitmultiplexsi
gnal enthält ein Sendesignal, das z. B. 1,0 µs lang ist
und das z. B. eine Sendefrequenz aus einem Frequenzbereich
von 9,5 GHz bis 10,5 GHz enthält. An das Sendesignal an
schließend wird z. B. in einem Zeitabschnitt von 0,5 µs ein
für den nachfolgenden Radarzyklus n+1 benötigtes
Initialisierungstelegramm ausgesandt. Das von der
Strahlformungseinheit (BSU) ausgesandte Initialisie
rungstelegramm enthält in digitaler Form zumindest Daten
zur Einstellung der SPDT-Schalter sowie der Phasen- und
Amplitudensteller (Fig. 2, 3) sowie eine Kennung zur Iden
tifikation des zugehörigen T/R-Moduls. Ein solches
Initialisierungstelegramm wird von der T/R-Modul-Steuerung
(Fig. 2, 3) ausgewertet und danach die entsprechenden
Steuersignale erzeugt. Anschließend an das Initia
lisierungstelegramm wird von dem T/R-Modul ein von dem
Radarzyklus n-1 herrührendes Empfangssignal, z. B. während
einer Zeit von ungefähr 0,5 µs übertragen. Das Empfangssi
gnal enthält vorzugsweise in digitaler Form vorliegende
Zf-Empfangsdaten, die sich auf das in dem Radarzyklus n-1
enthaltene Initialisierungstelegramm für den Radarzyklus n
beziehen. Anschließend an die Übertragung der digitalen
Zf-Empfangsdaten erfolgt in einem Zeitabschnitt von unge
fähr 5 µs die Übertragung des LO-Signals an den T/R-Modul,
das zur Umsetzung des Empfangssignals benötigt wird und
das z. B. eine Frequenz aus einem Frequenzbereich von 7,5
GHz bis 8,5 GHz enthält. Es folgt nun die Übertragung des
Zeitmultiplexsignals für den Radarzyklus n+1, welcher mit
der Übertragung des zugehörigen Sendesignals n+1 beginnt.
In Fig. 6b ist alternativ dazu ein weiteres Zeitmultiplex
signal für einen einzigen T/R-Modul dargestellt. Das Zeit
multiplexsignal enthält ein sogenanntes Initialisie
rungstelegramm, das z. B. insgesamt ungefähr 0,5 µs lang
ist. Das von der Strahlformungseinheit (BSU) ausgesandte
Initialisierungstelegramm enthält in digitaler Form zumin
dest Daten zur Einstellung der SPDT-Schalter sowie der
Phasen- und Amplitudensteller (Fig. 2, 3) sowie eine Ken
nung zur Identifikation des zugehörigen T/R-Moduls. Ein
solches Initialisierungstelegramm wird von der T/R-Modul-
Steuerung (Fig. 2, 3) ausgewertet und danach die entspre
chenden Steuersignale erzeugt. Anschließend an das Initia
lisierungstelegramm wird das Sendesignal ausgesandt, das
z. B. 1,0 µs lang ist und das z. B. eine Sendefrequenz aus
einem Frequenzbereich von 9,5 GHz bis 10,5 GHz enthält. An
das Sendesignal anschließend wird z. B. in einem Zeitab
schnitt von 5 µs das zur Umsetzung des Empfangssignals
benötigte LO-Signal, das z. B. eine Frequenz aus einem Fre
quenzbereich von 7,5 GHz bis 8,5 GHz enthält, an den T/R-
Modul übertragen. Daran anschließend erfolgt in einem
Zeitraum von ungefähr 0,5 µs von dem durch das
Initialisierungstelegramm angesprochenen T/R-Modul eine
Übertragung der digitaler Form vorliegenden ZF-Emp
fangsdaten.
Diese werden im optischen Beamforming Netzwerk zusammenge
faßt, zu der Zentraleinheit (BSU) übertragen und dort vor
dem optischen Isolator über einen optischen Richtkoppler
auf eine zentrale Photodiode (mit entsprechender Anpaß
schaltung und Bias-Netzwerk) gekoppelt. Das optische Si
gnal wird detektiert (demoduliert) und als konventionelles
Datentelegramm einem Empfänger zugeführt und dort in be
kannter Weise ausgewertet.
Mit der beschriebenen Anordnung ist es möglich, innerhalb
einer Antennenanordnung, die eine Vielzahl, z. B. 1000,
Sende-/Empfangsstrahlerelemente und zugehörige T/R-Module
enthalten kann, alle T/R-Module über das anhand der Fig. 1
und/oder Fig. 4 beschriebene Lichtwellenleiter-Netzwerk zu
koppeln und dann lediglich einen einzigen Lichtwellenlei
ter zum Anschluß an die zugehörige Zentraleinheit (BSU) zu
verwenden. Ansonsten nötige HF-Übertragungsleitungen, z. B.
Koaxialkabel und/oder Hohlleiter, werden in vorteilhafter
Weise nicht benötigt.
Die in der Zentraleinheit (BSU) vorhandene Laserdiode er
möglicht, über Lichtwellenleiter mehrere voneinander räum
lich entfernte Radarsensoren, z. B. sogenannte Mehrflächen-
Anordnungen und/oder sogenannte back/forward-Radarsensoren
(Vor-/Rückwärts-Sensoren) und/oder sogenannte look up/look
down-Radarsensoren (Auf-/Abwärts gerichtete Sensoren), in
vorteilhafter Weise kostengünstig und zuverlässig zu kop
peln.
Es ist auch möglich, das von der in der Zentraleinheit
vorhandenen Photodiode (Fig. 4) erzeugte elektrische Emp
fangssignal mehreren (Empfangs-) Auswerteeinheiten zuzufüh
ren, wodurch eine sehr vielseitige und schnelle Auswertung
(parallele Datenverarbeitung) ermöglicht wird.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungs
beispiele beschränkt, sondern sinngemäß auf weitere an
wendbar, z. B. auf eine Gruppenantenne für einen wesentlich
niedrigeren Frequenzbereich.
Claims (11)
1. Gruppenantenne mit optischem Strahlformungs-Netzwerk,
zumindest bestehend aus
- - mehreren zeilen- und/oder matrixförmig angeordne ten Strahlerelementen zum Senden und/oder Empfan gen elektromagnetischer Strahlung,
- - mehreren Sende-/Empfangs-Modulen, wobei jedes Strahlerelement an ein zugehöriges Modul angekop pelt ist,
- - einer zentralen Steuer- und Auswerteeinheit, in der zumindest Sendesignale sowie ein Oszillatorsi gnal für einen in jedem Modul vorhandenen Mischer erzeugt werden und in welcher die von den Strahlerelementen empfangenen Empfangssignale aus gewertet werden, und
- - einem optischen Strahlformungs-Netzwerk, das mit Hilfe eines Lichtwellenleiters die zentrale Steuer- und Auswerteeinheit mit einem Sende- /Empfangs-Modul verbindet und über das zumindest die Sendesignale und das Oszillatorsignal zu dem Modul übertragen werden, dadurch gekennzeichnet
- - daß in jedem Modul ein einstellbarer Phasensteller zum Ändern der Phasenlage des Sende- oder Emp fangssignals vorhanden ist,
- - daß in jedem Modul ein einstellbarer Amplituden steller zum Ändern der Amplitude des Sende- oder Empfangssignals vorhanden ist,
- - daß in jedem Modul mindestens ein Sende-/Empfangs- Umschalter vorhanden ist,
- - daß in jedem Modul eine Modul-Steuerung, mit wel cher der Phasensteller, der Amplitudensteller so wie der Sende-/Empfangs-Umschalter steuerbar sind, vorhanden ist,
- - daß in der zentralen Steuer- und Auswerteeinheit eine zentrale Laseranordnung, die optisch an das Strahlformungs-Netzwerk gekoppelt ist, vorhanden ist, und
- - daß an die Laseranordnung ein Modulator ange schlossen ist, so daß das von der Laseranordnung ausgesandte Laserlicht im Zeitmultiplexverfahren zumindest mit einem Initialisierungssignal zur Einstellung mindestens eines Sende-/Empfangs-Modu les, dem Sendesignal sowie dem Oszillatorsignal modulierbar ist.
2. Gruppenantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Laseranordnung einen Halbleiterlaser enthält
und daß in dem Strahlformungs-Netzwerk mindestens ein op
tischer Verstärker vorhanden ist.
3. Gruppenantenne nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, da
durch gekennzeichnet,
- - daß in mindestens einem Modul ein elektro-opti scher Wandler vorhanden ist,
- - daß der elektro-optische Wandler optisch an das bidirektional im Zeitmultiplexverfahren betreib bare Strahlformungs-Netzwerk angekoppelt ist und
- - daß der elektro-optische Wandler elektrisch an den Ausgang eines elektrischen Mischers, der aus dem Oszillatorsignal und dem Empfangssignal ein ent sprechendes Zwischenfrequenzsignal erzeugt, ange schlossen ist.
4. Gruppenantenne nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Mischer und
den elektro-optischen Wandler ein Analog-Digital-Wandler
zwischengeschaltet ist und daß das Zwischenfrequenzsignal
in digitaler Form optisch über das Strahlformungs-Netzwerk
zu der zentralen Steuer- und Auswerteeinheit übertragbar
ist.
5. Gruppenantenne nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem Modul
ein integriertes optoelektrisches Halbleiterbauelement
vorhanden ist, zumindest bestehend aus einem Halbleiter
substrat, vorzugsweise einem III-V-Halbleitersubstrat, mit
- - einer integrierten zentralen optischen Signalfüh rung zur Ankopplung an ein Lichtwellenleiter des Strahlformungs-Netzwerkes,
- - einen an die zentrale optische Signalführung ange koppelten optischen Richtkoppler,
- - einem ersten Zweig, zumindest bestehend aus einem optoelektrischem Wandler, einem nachgeschaltetem elektrischen Anpaßnetzwerk sowie einem diesem nachgeschalteten rauscharmen Verstärker (LNA) und
- - einem zweiten Zweig, zumindest bestehend aus einem elektrooptischen Wandler sowie einem diesem nach geschaltetem elektrischem Anpaßnetzwerk.
6. Gruppenantenne nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere Module,
vorzugsweise vier, zu einer Modulgruppe zusammengefaßt
sind und daß in dem Strahlformungs-Netzwerk ein an die An
zahl der Module der Modulgruppe angepaßter optischer Tei
ler vorhanden ist.
7. Gruppenantenne nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens einem op
tischen Teiler die Anzahl der optischen Abzweigungen
größer ist als die Anzahl der an diesen Teiler angekoppel
ten Module und daß eine dieser zusätzlichen Abzweigungen
für elektrooptische und/oder optoelektrische Testvorgänge
vorgesehen ist.
8. Gruppenantenne nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem Modul
ein aus passiven elektrischen Bauelementen aufgebauter
elektrischer Diplexer vorhanden ist, in welchem die im
Zeitmultiplex anliegenden Sende- und LO-Oszillatorsignale
in getrennte elektrische Zweige aufspaltbar sind.
9. Gruppenantenne nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet,
- - daß mehrere räumlich getrennte Antennenanordnun gen, die jeweils aus mehreren Modulen und/oder Mo dulgruppen bestehen, vorhanden sind und
- - daß die getrennten Anordnungen über zugehörige op tische Teiler an das optische Strahlformungs-Netz werk angeschlossen sind.
10. Gruppenantenne nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlerelemente, de
ren zeilen- oder matrixformige Anordnung sowie die Module
sowie deren zeilen- oder matrixförmige Anordnung auf eine
elektromagnetische Strahlung im Millimeterwellen- oder Mi
krometerwellen-Bereich abgestimmt sind.
11. Gruppenantenne nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet,
- - daß das Strahlformungs-Netzwerk mindestens eine optische Verzweigung in Form einer Stern- oder Baumstruktur enthält,
- - daß das Strahlformungs-Netzwerk für einen optisch bidirektionalen Zeitmultiplexbetrieb ausgelegt ist und
- - daß in der zentralen Steuer- und Auswerteeinheit ein optischer Isolator vorhanden ist zur optischen Trennung der ausgesandten und empfangenen opti schen Signale.
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US4885589A (en) * | 1988-09-14 | 1989-12-05 | General Electric Company | Optical distribution of transmitter signals and antenna returns in a phased array radar system |
US5051754A (en) * | 1990-08-15 | 1991-09-24 | Hughes Aircraft Company | Optoelectronic wide bandwidth photonic beamsteering phased array |
US5247309A (en) * | 1991-10-01 | 1993-09-21 | Grumman Aerospace Corporation | Opto-electrical transmitter/receiver module |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19613824A1 (de) * | 1996-04-06 | 1997-10-16 | Univ Dresden Tech | Verfahren und Anordnung zur optischen Erzeugung von Mikrowellen |
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