DE69910402T2

DE69910402T2 - Flexibele optische funkempfangseinrichtung

Info

Publication number: DE69910402T2
Application number: DE69910402T
Authority: DE
Inventors: L. Richard O'SHEA
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1998-07-28
Filing date: 1999-07-06
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2019-07-07
Also published as: EP1101300A2; JP2008182733A; JP2002521955A; CA2338322C; AU5542499A; CA2338322A1; DE69910402D1; JP4140879B2; US6362906B1; EP1101300B1; JP4463860B2; WO2000007307A2; WO2000007307A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft den Empfang von elektromagnetischen Signalen durch eine Gruppe von Antennenelementen, welche mit jeweiligen Empfangsschaltungen Verbindung haben. Die Verwendung von optischen Fasern zur Übertragung empfangener Signale ist aus der US-Patentschrift 4,885,589 bekannt.
Eine Gruppenantenne oder ein Antennenfeld, beispielsweise eine zweidimensionale Gruppe mit zahlreichen Strahlern, welche in Reihen und Spalten angeordnet sind, kann in Fällen verwendet werden, in denen die Gestalt der Oberfläche der Antenne an eine darunterliegende Trägerkonstruktion angepaßt werden muß, beispielsweise an den Rumpf oder die Tragfläche eines Flugzeugs. Eine solche Konstruktion, wie sie von Kenneth L. Bern u. a. aus der Veröffentlichung "Wrap-around Telemeter", Navy Tech. Discl. Bulletin, Band 6, Nr. 1, Januar 1981 früher bekannt geworden ist, ist arbeitsintensiv, da die Trägerkonstruktion, welche die Strahler hält, so gestaltet werden muß, daß sie zu der Barunterliegenden Tragkonstruktion paßt.
In einer Situation beispielsweise, in der die Antenne aus einer Gruppe von Strahlern gebildet ist, die möglicherweise durch Photolithographie auf ein Substrat aufgedruckt werden, muß das Substrat so gebaut werden, daß es an die Barunterliegende Tragkonstruktion angepaßt ist. Die Signale, welche von den Strahlern abgestrahlt und/oder empfangen werden, können in der Phase verschoben sein und können mit einer Amplitudenabschrägung versehen sein, um die Krümmung der Barunterliegenden Tragkonstruktion zu kompensieren. Die Struktur der Antenne kann durch die Notwendigkeit der Vielzahl von Empfangsschaltungen kompliziert sein, welche unmittelbar an jeweilige der Strahler angeschlossen sind, um eine übergroße Signalabschwächung zu vermeiden, die anderenfalls durch die Übertragung der empfangenen Signale von einem Strahler zu einer entfernten Empfangsschaltung eingeführt würde. Als ein zusätzlich komplizierender Faktor ergibt sich die Schwierigkeit der Anordnung einer Vielzahl von Drähten, welche für die Übertragung der Signale, die Steuerung und die Leistungszufuhr zu den verschiedenen Empfangsschaltungen vorzusehen sind.
Als ein weiteres Beispiel in der Entwicklung einer Gruppenantenne oder eines Antennenfeldes kann eine solche Antenne durch einen Satelliten entfaltet werden, der die Erde umkreist. In einem solchen Falle wurde bisher eine starre Antenne aus Abschnitten hergestellt, welche relativ zueinander gelenkig verbunden waren, um so das Verstauen am Ort des Raumfahrzeuges zu ermöglichen, welches die Antenne entfalten soll. Eine solche Konstruktion gestattet nicht die Verwendung einer kontinuierlichen Antenne ohne gelenkige Verbindungspunkte. Zusätzlich erhöht der Mechanismus, der zur Schaffung der gelenkigen Verbindung nötig wird, das Gewicht und die Kompliziertheit der Antenne. Es ist auch festzustellen, daß im Falle der Antenne, welche von dem Raumfahrzeug mitgeführt wird, es wünschenswert sein kann, die Antenne als eine Reihe von Strahlern aufzubauen, die sowohl in ihrer Richtung nach vorwärts als auch nach rückwärts strahlen, wobei eine solche Antenne beispielsweise aus einer Gruppe von Strahlern besteht, die an einem elektrisch isolierenden Substrat angeordnet sind, ohne daß eine reflektierende Ebene verwendet wird. Bei einer solchen Konstruktion können die zahlreichen Drähte, welche die verschiedenen Strahler mit einer Strahlformungseinrichtung verbinden, als ein metallischer Schirm wirken, der Strahlung reflektiert und der daher das Strahlungsmuster der Antenne ändern könnte.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein flexibles Antennenfeldsystem oder Arrayantennensystem geschaffen, wie es nachfolgend in Anspruch 1 definiert ist, worauf nun Bezug genommen sei.
Die vorerwähnten Nachteile werden überwunden und weitere Vorteile werden geschaffen durch ein Antennenfeld oder eine Arrayantenne, welche gemäß der Erfindung aufgebaut ist, wobei die Strahler, beispielsweise Dipolstrahler, auf einem flexiblen Blatt oder Bahnmaterial aus elektrisch isolierenden Werkstoff angeordnet sind. Diese Konstruktion ermöglicht es der Antenne, auf einer darunterliegenden Tragkonstruktion angeordnet zu werden, welche eine gekrümmte Oberfläche aufweist, beispielsweise auf dem vorerwähnten Rumpf oder der Tragfläche. Zusätzlich ermöglicht es die Flexibilität der Antenne, daß sie in einen langen Zylinder, beispielsweise zum Verstauen an Bord eines Raumfahrzeugs für die spätere Entfaltung zu einer ebenen oder gekrümmten Form gerollt werden kann, wobei dies erreicht wird, ohne daß die vorerwähnten Gelenkpunkte vorgesehen sind. Somit kann eine einzige Antennenkonstruktion verwendet werden, um die oben angemerkten Nachteile von Antennen zu vermeiden, die von einem Raumfahrzeug entfaltet werden oder die von Fahrzeugen mitgeführt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Empfangsschaltungen mit den Strahlern gekoppelt, wobei die Kopplung unmittelbar an dem Substrat erfolgt, um die Länge der elektrischen Verbindungsdrähte zwischen den Strahlern und ihren jeweiligen Empfangsschaltungen minimal zu machen. Gemäß einem wichtigen Merkmal der Erfindung werden Lichtleitfasern oder faseroptische Kabel für den Anschluß von Signalen verwendet, die durch die Emfpangsschaltungen zu einem Strahlformer ausgegeben werden, wobei der Strahlformer an einem Punkt gelegen sein kann, der von der Antenne beabstandet ist, wenn dies gewünscht wird. Die einzelnen Lichtleitfasern, welche die empfangenen Signale übertragen, sind frei von metallischem, elektrisch leitfähigem Material gehalten, so daß der zuvor erwähnte Nachteil einer Reflexion von Strahlungsenergie und dadurch eine Verzerrung des Strahlungsmusters der Antenne vermieden werden. Zusätzlich wird elektrische Energie zum Betrieb der Schaltkreise in jeder der Empfangsschaltungen durch Übertragung von optischer Leistung von einer Laser-Leistungsquelle bereitgestellt. Die optische Leistung wird über eine Lichtleitfaser geführt und an jeder der jeweiligen Empfangsschaltungen in elektrische Energie umgewandelt.
In jeder der Empfangsschaltungen befindet sich eine Photozelle, welche die optische Leistung von dem Laser, die über die Lichtleitfaser empfangen wird, in elektrische Leistung umwandelt, um eine Zwischenfrequenzschaltung zu betreiben, um ein Eingangs-Hochfrequenzsignal in ein Zwischenfrequenzsignal umzusetzen, und um auch die Leistung für den Betrieb einer optischen Modulatoranordnung bereitzustellen, welche auf Strahlen des von einem Laser bereitgestellten Lichtes einwirkt. Die optische Modu latoranordnung wandelt die elektrischen Zwischenfrequenzsignale in ein optisches Signal um, wobei ein Lichtstrahl eine Amplitudenmodulation durch das Zwischenfrequenzsignal erfährt, um das optische Ausgangssignal der Empfangsschaltung zu erzeugen.
Jede Empfangsschaltung ist flexibel ausgebildet, um eine Abbiegung der Schaltung gleichzeitig mit einem Abbiegen des Antennensubstrates zu ermöglichen. Die Flexibilität der Empfangsschaltung wird durch Aufbau der Empfangsschaltung aus einzelnen Modulen erreicht, die über flexible optische Kabel verbunden sind. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält jede Empfangsschaltung drei der Module, wobei die drei Module durch zwei flexible Verbindungen miteinander verbunden sind. Jedes der Module selbst ist starr und ist aus diskreten analogen Bauteilen aufgebaut, die auf einer gedruckten Schaltungsplatte angeordnet sind. Die Module enthalten Bauteile wie den Mischer, die Photozellen, einen Photodetektor zum Empfang eines optischen Vorspannungssignales sowie eines optischen Eichsignales, sowie die optische Modulatoranordnung mit der darin enthaltenen Laserdiode. An einer Verbindung zwischen zwei der Module ist eine Abstützungsstruktur an jedem der Module für den Angriff an dem verbindenden optischen Kabel vorgesehen. Die gesamte Gruppe von drei Modulen, welche eine einzige Empfangsschaltung bilden, ist in einem Kunststoffilm, beispielsweise einen Schrumpfschlauch oder eine Schrumpfumhüllung eingeschlossen, welche elektrisch isoliert. Der Film dient als ein Gehäuse zur Erzeugung einer abmessungsmäßigen Stabilität der Anordnung aus den drei Modulen, während ein Abbiegen zwischen den Modulen an den Verbindungspunkten ermöglicht wird.
In jeder der Empfangsschaltungen sind die drei Module in Reihe geschaltet, um eine Konfiguration ähnlich einem Federhalter zu schaffen. Die Länge der Empfangsschaltung ist geringer als der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden der Strahlerelemente in einer Reihe von Strahlern innerhalb der Gruppe oder dem Antennenfeld. Hierdurch können die aufeinanderfolgenden Empfangsschaltungen nach Art von Wagen in einem Zug angeordnet werden, so daß sie sich längs einer Reihe von Strahlern der Antenne erstrecken. Aufeinanderfolgende Reihen von Empfangsschaltungen werden in der Gruppenantenne oder dem Antennenfeld für aufeinanderfolgende der Reihen von Strahlern verwendet.
Um die Verdrahtung mit den Lichtleitfasern oder optischen Fasem unter den verschiedenen Empfangsschaltungen innerhalb der Gruppe zu erleichtern, ist jede der Empfangsschaltungen mit einer Gruppe von mehrfachen optischen Fasern versehen, welche eine ausreichende Anzahl von Einzelfasern enthalten, um sämtliche der Empfangsschaltungen innerhalb einer einzelnen Reihe bezüglich ihrer elektrischen Leistung und ihrer Signale zu bedienen. Wenn beispielsweise 25 Empfangsschaltungen in einer einzelnen Reihe sind, werden in der ersten der Empfangsschaltungen 25 der optischen Fasern, welche für Eingangssignale für die Empfangsschaltungen reserviert worden sind, verwendet. Demgemäß werden nur 24 der Gruppe von optischen Fasem in der zweiten der Empfangsschaltungen verwendet und 23 der Fasern werden in der dritten der Empfangsschaltungen verwendet, mit einer entsprechenden Verminderung der Anzahl von verwendeten optischen Fasem in den jeweils nachfolgenden der Empfangsschaltungen in der Reihe von Empfangsschaltungen. Dies ermöglicht, daß alle Empfangsschaltungen in derselben Konstruktion hergestellt werden und nur die Verbindungen von spezifischen der Fasern unter den jeweiligen Empfangsschaltungen in der Reihe unterschiedlich ist. Dies sorgt für eine Vereinfachung der physikalischen Anordnung der Komponenten der Antenne und erleichtert die Konstruktion, während eine größere Zuverlässigkeit beim Gebrauch der Antenne sichergestellt ist, und zwar auch bei einem Abbiegen der Antenne. Es sei bemerkt, daß die Fähigkeit der Empfangsschaltungen, sich abzubiegen, es ermöglicht, daß die Antenne ohne Störung durch die Empfangsschaltungen abgebogen werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die vorstehenden Aspekte und weitere Merkmale der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen erläutert. In dieser stellen dar:
1 eine schematische Ansicht einer Antenne mit Strahlern, welche mit modularen Empfangsschaltungen gekoppelt sind;
2 eine Seitenansicht der Antenne entsprechend der in 1 eingezeichneten Linie 28;
3 eine Seitenansicht der Antenne entsprechend der in 1 eingezeichneten Linie 26;
4 eine schematische Darstellung einer Konstruktion einer Empfangsschaltung in der Antenne von 1;
5 eine Darstellung der Flexibilität der Antenne von 1 um eine erste Achse;
6 eine Darstellung der Flexibilität der Antenne von 1 um eine zweite Achse;
7 eine schematische Ansicht der Antenne von 1, welche an einem Raumfahrzeug gehaltert ist;
8 eine schematisierte Ansicht der Antenne von 1, welche durch angepaßte Krümmung an der Oberfläche der Außenhaut eines Flugzeugs gehaltert ist;
9 eine schematische Darstellung der Verbindung der optischen Signale von der gemeinsamen Einrichtung zu einer Mehrzahl von Empfangsschaltungen für ein Antennensystem, welches die Antenne nach 1 enthält;
10 eine schematische Darstellung einer Serienverbindung von optischen Fasern in modularen Anordnungen jeder der Mehrzahl von Empfangsschaltungen;
11 eine Darstellung eines gleichen Aufbaus jeder modularen Anordnungen nach 10, wobei einzelne der optischen Fasern mit bestimmten der modularen Anordnungen verbunden sind;
12 eine schematische Darstellung der Schaltung einer der Empfangsschaltungen von 1; und
13 eine Darstellung einer alternativen Ausführungsform eines Strahlers, wobei die Empfangsschaltung innerhalb einer zentrischen Bohrung eines Elementes des Strahlers angeordnet ist.
Identisch bezeichnete Bauteile, welche in den verschiedenen Ansichten der Figuren erscheinen, beziehen sich auf das selbe Bauteil, erfahren jedoch keine Bezugnahme in der Beschreibung sämtlicher Zeichnungsfiguren.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es sei auf die 1 bis 3 Bezug genommen. Hier ist ein Teil eines Antennensystems 20 gezeigt, wobei ein Antennenfeld oder eine Gruppe von Strahlern 22, beispielsweise die dargestellten Dipolstrahler, auf einem flexiblen dielektrischen Substrat angeordnet sind. Die Strahler 22 sind beispielsweise als Fleckenstrahler konstruiert und sind in einer Anordnung von Reihen und Spalten gruppiert, wobei für die leichtere Bezugnahme die Reihen parallel zu einer Achse 26 und die Spalten parallel zu einer Achse 28 gelegen sind. Das Substrat 24 hat die allgemeine Gestalt einer Bahn oder eines Blattes, wobei die Strahler 22 auf einer vorderen Fläche des Substrates 24 gelegen sind, während auf der Rückseite die Empfangsschaltungen 30 befestigt sind, die mit jeweiligen der Strahler 22 Verbindung haben. Die Verbindung zu den Strahlern 22 wird im Falle von Dipolstrahlern mittels zweier elektrischer Drähte 32 bewerkstelligt, welche die beiden Flügel 34 eines Strahlers 22 mit der entsprechenden der Empfangsschaltungen 30 verbinden. Die Drähte 32 verlaufen durch Öffnungen 36 in dem Substrat 24. Die Empfangsschaltungen 30 können durch geeignete Mittel, beispielsweise mittels eines Klebstoffs 38, an der Rückseite des Substrats 24 befestigt sein. Falls gewünscht können die Empfangsschaltungen 30 unmittelbar hinter den entsprechenden Strahlern 22 angeordnet werden. In diesem Falle sind auch die Empfangsschaltungen 30 in der Gruppe in Reihen und Spalten geordnet.
Es sei nun 4 betrachtet. Jede der Empfangsschaltungen 30 ist als eine Anordnung 40 einzelner Module 42 konstruiert, welche an Verbindungen 44 so miteinander verbunden sind, daß eine Gesamtkonfiguration der Anordnung 40 in Gestalt eines langgestreckten Objektes, beispielsweise einer Schreibfeder, gebildet wird. Wie auch in 4 gezeigt, besteht eine Verbindung einer Empfangsschaltung 30 mit einem entsprechenden Strahler 22, wobei die Verbindung durch Drähte 32 hergestellt ist, welche, wie dargestellt, durch einen ausschnittsweise gezeigten Teil des Substrates 24 verlaufen. Jeder der Module 42 enthält einen Teil der Schaltungsanordnung der Empfangsschaltung 30. Beispielsweise sind Komponenten 46 der Empfangsschaltung 30 in gestrichelten Linien gezeigt und sind an einer geeigneten Halterung befestigt, beispielsweise einer gedruckten Schaltungsträgerplatte 48, die ebenfalls in gestrichelten Linien angedeutet ist. Die Gesamtanordnung 40 ist in eine Hülle 50 aus flexiblem Kunststoffmaterial eingeschlossen, das der Funktion einer Abdichtung der Komponenten 46 gegenüber der Umgebung dient und auch eine sichere mechanische Verbindung unter den Modulen 42 ausbildet. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird Kunststoffmaterial, das allgemein als "Schrumpffolie" bekannt ist, und gewöhnlich als Verpackungsmaterial eingesetzt wird, vorteilhafterweise verwendet, da eine solche Umhüllung eine Flexibilität der Anordnung 40 an den Verbindungen 44 zwischen den Modulen 42 ermöglicht.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung werden Verbindungen zwischen den Anordnungen 40 durch Gruppen von optischen Fasern oder Lichtleitfasern hergestellt. Wie nachfolgend erläutert wird, verlaufen optische Fasern oder Lichtleitfasern, welche Leistung und Signale an eine der Empfangsschaltungen 30 liefern, durch Module 42 anderer der Empfangsschaltungen 30. Innerhalb jedes der Module 42 ist der Aufbau der Schaltungsanordnung entsprechend allgemein bekannter Herstellungstechniken gedruckter Schaltungen vorgesehen, welche diskrete Komponenten verwenden, wobei elektrische Signale und Leistung über elektrische Drähte übertragen werden. Demgemäß befinden sich in jedem der Module 42 sowohl faseroptische Verbindungen und aus elektrischen Drähten gebildete Übertragungsverbindungen. Solche optischen Fasern oder Lichtleitfasern und elektrische Drähte verlaufen auch durch die Verbindungen 44, wo sie bei 52 als unterbrochene Linie angedeutet sind. Die gedruckten Schaltungsträgerplatten 48 in jedem der jeweiligen Module 42 bieten den jeweiligen Modulen 42 einen starren Halt, während der Übergang der flexiblen Lichtleitfasern oder optischen Fasern und flexiblen elektrischen Leitungen bei 42 ein Abbiegen oder eine gelenkige Verbindung zwischen den Modulen 42 ermöglicht. Hierdurch ist die Anordnung 44 in die Lage versetzt, sich entsprechend einer Abbiegung ebenfalls abzubiegen, welche auf das Antennensubstrat 24 wirkt. Außerdem sind in 4 schematisch faseroptische Leitungen 54 angedeutet, welche die Verbindung sowohl für die Leistung als auch für die Signale zu einer gemeinsamen Ausrüstung (im Zusammenhang mit 9 zu beschreiben) herstellen. Der tatsächliche Verlauf der faseroptischen Leitungen 54 über die modularn Anordnungen 40 der jeweiligen der Reihen der modularn Anordnungen 40 sei weiter unten im Zusammenhang mit 11 beschrieben.
Anhand der 5 und 6 ist ein ausschnittsweiser Teil des Antennensubstrates 24 mit einer Mehrzahl von modularn Anordnungen 40 gezeigt, welche in Reihen und Spalten entsprechend der Gruppe von 1 geordnet sind. Zur Erleichterung der Beschreibung erscheint es zweckmäßig, die Radiatoren 22, das Substrat 24 und die Empfangsschaltungen 30 als eine Antenne 56 bildend zu betrachten, welche ein Teil des Antennensystems 20 ist. Das Antennensystem 20 enthält auch eine Verkabelung mit den faseroptischen Leitungen 54 und eine gemeinsame Einrichtung 58 (in 9 gezeigt) mit Mitteln zur Leistungserzeugung, Signalerzeugung und zur Strahlformung. Wie in den 5 und 6 gezeigt ist, gestattet die Flexibilität des Antennensubstrates 24 und die Fle xibilität der modularen Anordnungen 40 ein Abbiegen oder ein Biegen der Antenne 56 um eine Achse parallel zu der Achse 28 (1), wie in 5 gezeigt ist, oder um eine Achse parallel zu der Achse 26 (1), wie in 6 gezeigt ist. Auf diese Weise ist die Antenne 56 nach der Erfindung in zwei Dimensionen anpaßbar, um sich an eine gewünschte Oberfläche anzulegen.
Die 7 und 8 zeigen zwei Beispiele des erfindungsgemäßen Aspektes der Anpassung. In 7 ist gezeigt, daß ein Raumfahrzeug 60 Stützen 62 zur Halterung der Antenne 56 während der Bewegung des Raumfahrzeugs 60 längs einer Flugbahn, beispielsweise eines Laufes längs einer die Erde umkreisenden Bahn, aufweist. Ein geeignetes Gestell oder ein Rahmen (nicht dargestellt) kann verwendet werden, um die Antenne 56 in einer gewünschten Konfiguration mit Abbiegung um die beiden vorerwähnten Achsen 26 und 28 zu halten. Ein solches Gestell oder ein solcher Rahmen würde aus einem Material gefertigt sein, welches gegenüber elektromagnetischer Strahlung nicht reflektierend ist, wodurch vermieden wird, daß eine Störung mit dem Strahlungsmuster der Antenne 56 hervorgerufen, wird. Gemäß 8 trägt ein Flugzeug 64 die Antenne 56, welche an einem gekrümmten Teil der Außenhaut des Rumpfes 66 befestigt ist. Somit kann eine gemeinsame Konstruktion der Antenne 56 in zwei unterschiedlichen Situationen der erforderlichen Abbiegung eingesetzt werden. Zusätzlich könnte die Antenne ohne Änderung der körperlichen Konfiguration der Antenne 56 alternativ an einer Tragflächenoberfläche, beispielsweise an dem Flügel 68 des Flugzeugs 64 befestigt werden. Dies vermeidet die Notwendigkeit der speziellen Anpassung der physikalischen Konfiguration einer Antenne zum Zwecke der Anpassung an unterschiedliche Arten gekrümmter Oberflächen.
9 zeigt die Verbindung der gemeinsam vorgesehenen Einrichtung 58 des Antennensystems 20 mit der Antenne 56 über faseroptische Leitungen 54, welche die faseroptischen Leitungen 70, 72, 74, 76 und 77 umfassen, um jeweils Leistung zur Speisung eines Modulators, Vorspannungssignale, Leistung zum Betrieb eines Lokaloszillators (LO), ein Eichsignal und ein Ausgangssignal zu liefern bzw. zu übertragen, welche von jeder der Empfangsschaltungen 30 benötigt werden, wie weiter unten im Einzelnen beschrieben wird. Eine Quelle elektrischer Leistung 78 speist zwei Laser 80 und 82, die wiederum optische Signale an die Lichtleitfasern 70 und 72 abgeben. Die Leitung 72 spaltet sich, wie dargestellt, in zwei faseroptische Leitungen 72A und 72B, um zwei Vorspannungsfunktionen zu erfüllen, die weiter unter Bezugnahme auf 12 beschrieben werden. Alternativ können zwei verschiedene Laser (nicht gezeigt) verwendet werden, um die Leitungen 72A und 72B zu beaufschlagen.
Außerdem befinden sich in der gemeinsam vorgesehenen Einrichtung 58 ein elektrischer Signalgenerator 84 und zwei optische Einheiten 86 und 88, wobei jede der optischen Einheiten 86 und 88 einen optischen Modulator und einen Laser enthält. Der Signalgenerator 84 führt ein Lokaloszillatorsignal an die optische Einheit 86 und liefert ein Eichsignal an die optische Einheit 88. Die optischen Einheiten 86 und 88 sind in der Weise wirksam, daß sie Laserstrahlen moduliert mit den entsprechenden Signalen, welche von dem Signalgenerator 84 ausgegeben werden, erzeugen. Die optische Einheit 86 gibt daher ein Lokaloszillatorsignal an die faseroptische Leitung 74 aus und die optische Einheit 88 gibt ein Eichsignal an die faseroptische Leitung 76 ab. Die Ausgangssignale der Empfangsschaltungen 30 werden über die faseroptischen Leitungen 77 an einen Strahlformer 90 gelegt, welcher die Signale der jeweiligen Strahler 22 miteinander kombiniert, um einen Strahl der empfangenen Strahlung zu bilden, welcher an ein Auswertgerät abgegeben wird. Normalerweise sind die Lokaloszillatorfrequenzen für die verschiedenen Empfangsschaltungen 30 gleich. Eine Phaseneinstellung der Signale von den verschiedenen Strahlern 22 geschieht durch die Länge der optischen Fasern oder Lichtleitfasern in den Leitungen 74 und 77 und eine zusätzliche Phasenverschiebung kann in dem Strahlformer 90 zur Bildung eines Strahles eingefügt werden.
10 zeigt schematisch eine vereinfachte Darstellung von Zweien der Modulatoranordnungen 40, welche in einer der Reihen der Antenne 56 nach den 5 und 6 in Serie geschaltet sind. 10 wurde durch Weglassung der Umhüllung 50 und der Komponenten 46, welche in 4 gezeigt sind, vereinfacht. 10 zeigt auch eine Verbindung der Flügel 34 des Strahlers 22 mit dem mittleren Modul 42 in jeder der Anordnungen 40, was dem Ort des Strahlers 22 in 4 entspricht. Es sei jedoch be merkt, daß, falls gewünscht, der Strahler 22 unmittelbar mit dem ersten der Module 42 auf der linken Seite der Anordnung 44 verbunden werden kann, oder, falls gewünscht, sogar mit dem letzten der Module 42 auf der rechten Seite der Anordnung 40. Das Vorhandensein elektrischer Drähte in jeder der Verbindungen 44 gestattet einen Fluß von Signalen von dem Strahler 22 zu der damit verbunden Schaltungsanordnung unabhängig davon, welcher der Module 42 mit dem Strahler 42 verbunden ist.
10 demonstriert den Verlauf der faseroptischen Leitungen 54 der Reihe nach von einer der Anordnungen 40 zur nächsten der Anordnungen 40 und weiterführend durch den Rest der Anordnungen (in 10 nicht gezeigt), die sich innerhalb der Reihe befinden und Serienverbindung zu den Anordnungen 40 von 10 haben. An den gegenüberliegenden Enden jedes der Module 42 abschließend mit den Ubergängen 44 befinden sich Endplatten 92, die an den gedruckten Schaltungsträgerplatten 48 ihrer jeweiligen Module 42 befestigt sind. Die Endplatten 92 dienen zur Halterung der faseroptischen Leitungen 54 in Position, wodurch die Leitungen 54 durch die Module 42 und zwischen den Modulen 42 im Bereich der Übergänge 44 geführt werden.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung ergibt sich, daß die faseroptischen Leitungen 54 einen sehr geringen Durchmesser im Vergleich zu den Querschnittsabmessungen eines Moduls 42 haben, und daß daher verhältnismäßig wenig Raum erforderlich ist, um die Leitungen 54 direkt durch die Module 42 hindurchzuführen. Dies hat den Vorteil, daß die Verwendung gesonderter Bündel oder Kabel von faseroptischen Leitungen vermieden wird, wodurch die Konstruktion der Antenne 56 vereinfacht wird. Dies ermöglicht auch eine größere Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber Bruch, indem die faseroptischen Leitungen 54 direkt durch die Modularen Anordnungen 40 hindurchgeführt werden.
In 11 ist schematisch eine Anordnung von faseroptischen Leitungen 70, 72, 74 und 76 gezeigt, die in eine Reihe von modularen Anordnungen 40 auf der linken Seite der Zeichnungsfigur eingeführt werden und es ist das Austreten der faseroptischen Leitungen 77 aus dem Modul 40 auf der rechten Seite der Reihe (oder des Stranges) der modularen Anordnungen 40 gezeigt. Zur Erleichterung der Darstellung in 11 sind nur vier der modularen Anordnungen und nur vier Gruppen von faseroptischen Leitungen gezeigt. Bei diesem Beispiel ist jede Gruppe von faseroptischen Leitungen als ein Kabel von Lichtleitfasem oder optischen Fasern zu versehen, wobei jedes Kabel eine Faser aus jeder der Leitungen 70, 70A, 70B, 74, 76 und 77 enthält.
Jede der modularen Anordnungen 40 kann in derselben Weise aufgebaut sein. So enthält jede der modularen Einheiten 44 dieselbe Anzahl von faseroptischen Leitungen. Es ist eine ausreichende Anzahl von faseroptischen Leitungen innerhalb jeder der modularen Anordnungen 40 enthalten, um zu ermöglichen, daß sämtliche Anordnungen innerhalb eines einzelnen Stranges von Anordnungen 40 verbunden werden können. In der ersten der modularen Anordnungen, welche auf der linken Seite von 11 liegt, ist das erste optische Kabel aufgebrochen, um Verbindung zwischen seinen Fasern und verschiedenen Komponenten innerhalb der ersten Anordnung 40 herzustellen, was durch die Anschlüsse 94 und 96 angedeutet ist. Die Fasern also, welche für den Anschluß des Modulatorleistungssignals von Leitung 70 (9), des Vorspannungssignales von Leitung 72 (9), des Lokaloszillatorsignals von Leitung 70 (9) und des Eichsignales und des Ausgangssignales von Leitung 76 bzw. Leitung 77 (9) dienen sollen, enden am Anschluß 94, wobei an diesem Punkt sie mit den verschiedenen Komponenten der Empfangsschaltung 30 der ersten modularen Anordnung 40 verbunden sind.
Das Signal, welches durch die Empfangsschaltungen 30 der ersten Anordnung 40 ausgegeben wird, hat an dem Anschluß 96 Verbindung zu der speziellen Lichtleitfaser der faseroptischen Leitung 77, welche dazu bestimmt ist, die erste der modularen Anordnungen 40 zu bedienen. Von dem Anschluß 96 setzt sich der Rest der Leitung 77 ohne Unterbrechung durch die zweite, die dritte und die vierte der Anordnungen 40 fort. In ähnlicher Weise läuft das zweite der optischen Kabel ohne Unterbrechung durch die erste der Anordnungen 40 und endet in der zweiten der Anordnungen 40 an dem Anschluß 94 zur Herstellung der Verbindung mit Komponenten der entsprechenden Empfangsschaltung 30. Ein von der Empfangsschaltung 30 ausgegebenes Signal wird über den Anschluß 96 zu der faseroptischen Ausgangsleitung 77 gegeben und läuft zusammen mit dieser optischen Leitung ohne Unterbrechung durch die dritte und die vierte der modularen Anordnungen 40.
In entsprechender Weise läuft das dritte der optischen Kabel durch die erste und die zweite der Anordnungen, um Verbindung mit Komponenten in der dritten der Anordnungen 40 herzustellen, was über die Anschlüsse 94 und 96 geschieht. Das von der entsprechenden Empfangsschaltung 30 ausgegebene Signal wird ohne Unterbrechung über eine der faseroptischen Leitungen 77 durch die vierte der Anordnungen 40 geführt. Auch das vierte der optischen Kabel läuft ohne Unterbrechung durch die ersten drei der Anordnungen 40 und stellt die Verbindung mit den Komponenten der Empfangsschaltung 30 in der vierten der Anordnungen 40 her.
Die Anordnung der Verdrahtung der faseroptischen Leitungen von 11 entspricht derjenigen, welche in 9 gezeigt ist, wobei jede der faseroptischen Leitungen 70, 72 und 74, 76 sowie 77 sich verzweigt, um Bündel von optischen Fasern oder Lichtleitfasern für jede der jeweiligen der Reihen von modularen Anordnungen 40 der jeweiligen Empfangsschaltungen 30 auszubilden. Das Ausfächern der Lichtleitfasem von einer einzigen der faseroptischen Leitungen, beispielsweise der Leitung 70, kann durch geeignete faseroptische Leistungsaufteiler oder Verteilernetzwerke geschehen, oder, alternativ, können mehrfache Laser für jeden der Laser 70 und 82 eingesetzt werden und mehrfache optische Einheiten können für die optischen Einheiten 86 und 88 eingesetzt werden, um einzelne optische Fasern oder Lichtleitfasern vorzusehen, welche unmittelbar die Verbindung von der gemeinsamen Einrichtung 58 zu den jeweiligen Reihen der modularen Anordnungen 40 herstellen.
12 zeigt die elektrischen Schaltkreise der Empfangsschaltung 30 nach den 1 und 4, wobei 12 auch die Verbindungen mit den faseroptischen Leitungen 70, 72A und 72B, 74, 76 und 54 von 9 zeigt. In 12 haben die faseroptischen Leitungen 74 und 76 jeweils Verbindung mit den Photodetektoren 98 und 100. Die faseroptischen Leitungen 72A und 72B haben jeweils Verbindung mit Photozel len 102 und 104; und die faseroptische Leitung 70 verläuft durch einen optischen Modulator 106, als dessen Ausgang die faseroptische Leitung 54 wirkt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der optische Modulator 106 ein Marc-Zender-Modulator, was als Beispiel angegeben sei. Die Empfangsschaltungen 30 enthalten weiter ein breitbandiges Hochfrequenzfilter 108, einen breitbandigen Hochfrequenz-Ringmischer 110 und ein schmalbandiges Zwischenfrequenzfilter 112. Der Ringmischer 110 verwendet vier Transistoren 114, vorzugsweise Galliumarsenid-MESFET's, von denen jeder einen Gate-Anschluß (G), einen Drain-Anschluß (D) und einen Source-Anschluß (S) aufweist. Für die leichtere Bezugnahme sind einzelne der Transistoren weiter als 114A bis D identifiziert. Die Gate-Anschlüsse der Transistoren 114A und 114D sind miteinander verbunden und die Gate-Anschlüsse der Transistoren 114B und 114C sind zusammengeschlossen. Eine Gate-Treiberschaltung 116 liefert elektrische Signale zum Betrieb der Gate-Anschlüsse der Transistoren 114. Der Mischer 110 hat vier Schaltungsknotenpunkte 118, von denen einzelne weiter mit 118A bis 118D bezeichnet sind. Die Source-Anschlüsse der Transistoren 114A und 114B sind mit dem Schaltungsknotenpunkt 118A verbunden und die Source-Anschlüsse der Transistoren 114C und 114D haben Verbindung mit dem Schaltungsknotenpunkt 118D. Die Drain-Anschlüsse der Transistoren 114B und 114D haben mit dem Schaltungsknotenpunkt 118B Verbindung und die Drain-Anschlüsse der Transistoren 114A und 114C haben Verbindung mit dem Schaltungsknotenpunkt 118C. Die Knotenpunkte 118A und 118D haben mit den Ausgangsanschlüssen des breitbandigen Filters 108 Verbindung und die Schaltungsknotenpunkte 118B und 118C haben Verbindung mit den Eingangsanschlüssen des schmalbandigen Filters 112.
Die Gate-Treiberschaltung 116 und das breitbandige Filter 108 liefern Eingangssignale an den Ringmischer 110, und das schmalbandige Filter 112 extrahiert ein Ausgangssignal von dem Ringmischer 110. Außerdem ist in der Ausgangsschaltung des Mischers 110 eine Serienschaltung zweier Widerstände 120 und 122 enthalten, die durch eine Wicklung 124 eines Transformators 126 verbunden sind, wobei die Serienschaltung zwischen den Ausgangsknotenpunkten 118C und 118B des Mischers 110 liegt. Die Wicklung 124 hat bei 128 eine geerdete Mittelanzapfung. Der Transforma for 126 enthält eine weitere Wicklung 130, die an die Ausgangsanschlüsse des Photodetektors 110 gelegt ist.
Die Gate-Treiberschaltung 116 enthält den Photodetektor 98, die Photozelle 102 und eine Serienschaltung, welche zwei Induktivitäten 132 und 134 enthält, die über ein Potentiometer 136 verbunden sind. Die Serienschaltung liegt zwischen den Ausgangsanschlüssen des Photodetektors 98, und das Potentiometer 136 liegt zwischen den Ausgangsanschlüssen der Photozelle 102. Ein Ausgangsanschluß der Photozelle 102 ist an seinem Verbindungspunkt mit dem Potentiometer 136 und der Induktivität 134 geerdet. Die Ausgangsanschlüsse des Photodetektors 98 haben über Kondensatoren 138 bzw. 140 Verbindung mit den Gate-Anschlüssen der Transistoren 114A und 114D. Eine Serienschaltung von zwei Induktivitäten 142 und 144 liegt auch zwischen den Gate-Anschlüssen des Transistors 114A und des Transistors 114C. Ein Verbindungspunkt 146 zwischen den beiden Induktivitäten 142 und 144 hat Verbindung mit einem Schleifkontakt des Potentiometers 136. Ein Kondensator 148 erdet den Verbindungspunkt 146.
In dem breitbandigen Filter 108 hat ein Eingangsanschluß desselben Verbindung zu einem der Flügel 34 eines Strahlers 22 von 1 und hat auch Verbindung über eine Serienschaltung LC (Induktivität-Kapazität) 150 zu dem Mischerknotenpunkt 118A. Ein zweiter Eingangsanschluß des Filters 108 hat Verbindung mit dem zweiten Flügel 34 des Strahlers 22 und hat auch über eine zweite LC-Serienschaltung 152 mit dem Mischerknotenpunkt 118D Verbindung. In dem Filter 108 befindet sich auch ein erster LC-Schwingkreis 154, der zwischen den Eingangsanschlüssen des Filters 108 liegt, sowie ein zweiter LC-Schwingkreis 150, der zwischen den Mischerknotenpunkten 118A und 118D liegt.
Das schmalbandige Filter 112 hat Eingangsanschlüssen 158 und 160 und Ausgangsanschlüsse 162 und 164. Der Mischerknotenpunkt 118B hat über einen Kondensator 166 Verbindung zu dem Eingangsknotenpunkt 158 des Filters 112. Der Mischerknotenpunkt 118C hat unmittelbar Verbindung mit dem Eingangsanschluß 160 des Filters 112. Das Filter 112 enthält drei LC-Schwingkreise 168, 170 und 172, wobei je der der Schwingkreise 170 und 172 auch einen Widerstand enthält. Der Kondensator 166 ist verhältnismäßig groß, so daß er das Frequenzansprechen des Filters 112 nicht beeinflußt, und dient zur Kopplung des Widerstandes der in Serie geschalteten Widerstandselemente 120 und 122, so daß sie parallel zu dem LC-Schwingkreis 168 zu liegen scheinen. Außerdem befinden sich in dem Filter 112 zwei in Serie geschaltete Kondensatoren 174 und 176, welche den Eingangsanschluß 166 mit dem Ausgangsanschluß 162 verbinden und auch zur Verbindung der Schwingkreise 168, 170 und 172 dienen. In entsprechender Weise sind zwei Kondensatoren 178 und 180 in Serie zwischen den Eingangsanschluß 160 und Ausgangsanschluß 164 gelegt, wobei die Kondensatoren 178 und 180 auch zur Verbindung der Schwingkreise 168, 170 und 172 dienen. Die Kondensatoren 174 und 178 verbinden die Schwingkreise 168 und 170 und die Kondensatoren 170 und 180 dienen zur Verbindung der Schwingkreise 170 und 172.
Der optische Modulator 106 enthält einen Widerstand 182 und einen Kondensator 184, welche zueinander parallel geschaltet sind, und enthält weiter zwei Induktivitäten 186 und 188, die aneinander gegenüberliegende Anschlüsse des Widerstands 182 gelegt sind. Die Konstruktion des optischen Marc-Zender-Modulators 106 ist allgemein bekannt und enthält einen Lithiumniobat-Kristall 190, welche optische Übertragungseigenschaften hat, die von einem elektrischen Feld abhängig sind, das an dem Kristall 190 durch Platten 192 und 194 des Kondensators 184 angelegt wird. Die faseroptische Leitung 70 hat Verbindung mit einem Eingangsende des Kristalls 190 und die faseroptische Leitung 94 hat Verbindung mit einem Ausgangsende des Kristalls 190. Ein Kondensator 196 ist zwischen die Ausgangsanschlüsse der Photozelle 104 gelegt, und einer der Ausgangsanschlüsse hat Verbindung mit dem Ausgangsanschluß des Filters 112. Die Induktivität 186 hat auch Verbindung mit dem Ausgangsanschluß 164 des Filters 112, wobei der Ausgangsanschluß 164 geerdet ist.
Der zweite Ausgangsanschluß der Photozelle 104 hat über eine Induktivität 198 Verbindung mit der Induktivität 188. Dadurch ist der erste Ausgangsanschluß der Photozelle 104 über die Induktivität 186 mit der Platte 194 des Kondensators 184 verbunden, und der zweite Ausgangsanschluß der Photozelle 104 ist über die Serienschaltung der Induktivitäten 198 und 188 mit der Platte 192 des Kondensators 184 verbunden. Zwei Induktivitäten 200 und 202 sind in Serienschaltung zwischen die Ausgangsanschlüsse 162 und 164 des Filters 112 gelegt. Ein Verbindungspunkt 204 zwischen den Induktivitäten 200 und 202 ist über einen Kondensator 206 mit einem Verbindungspunkt 208 zwischen den Induktivitäten 198 und 188 verbunden.
Bei dem Betrieb der Schaltung von 12 bewirkt die Ausbildung der Treiberschaltung 116 ein Gegentakt-Anlegen eines AC-Signales (Wechselstromsignales), das durch den Photodetektor 98 an den Mischer 110 gegeben wird. Die Wechselstromsignale werden über die Kondensatoren 138 und 140 angekoppelt, wobei diese Kondensatoren dazu dienen, irgendeine DC-Spannung (Gleichspannung sowohl vom Photodetektor 98 als auch der Photozelle 102 daran zu hindern an die Gate-Anschlüsse der Transistoren 114A und 114C gelegt zu werden. Die Induktivitäten 142 und 144 bilden einen Gleichstromkurzschluß zwischen den Gate-Anschlüssen der Transistoren 114A und 114C. Die Mittelanzapfung der beiden Induktivitäten 142 und 144 an dem Verbindungspunkt 146 empfängt eine Ausgangsgleichspannung von der Photozelle 102 über das Potentiometer 136. Die Einstellung des Potentiometers 136 bestimmt den Wert der Gleichspannung, welche zu dem Verbindungspunkt 146 ausgegeben wird.
Die vier Drain-Anschlüsse der vier Transistoren 114 sind über die Mischerknotenpunkte 118C und 118B mit Erde bei 128 verbunden, wobei diese Erdung über die Widerstände 120 und 122 die Induktivität 124 und den Erdanschluß 128 erfolgt. Aufgrund der symmetrischen Ausbildung der Serienschaltung der Widerstände 120 und 122 mit ihrer verbindenden Induktivität 124 ist die Brücke des Mischers 110 mit Bezug auf die Gleichstromerdung symmetrisch. Das Anlegen der Gleichspannung an die Gate-Anschlüsse des Transistors 114 ist ebenfalls aufgrund des zuvor erwähnten Aufbaus der Treiberschaltung 116 symmetrisch. Dadurch wird die Gleichspannung zwischen die Gate-Anschlüsse und die Drain-Anschlüsse der Brückentransistoren 114 gelegt, welche die Brücke des Mischers 110 bilden.
Das breitbandige Filter 108 sorgt auch für eine symmetrische Anlegung eines Wechselstromsignals an die Knotenpunkte 118A und 118D des Mischers 110. Das Filter 108 hat eine abgeglichene oder symmetrische Konstruktion, wobei die Serien-LC-Schaltungen 150 und 152 in einander gegenüberliegende Seiten des Filters 108 eingebaut sind. Im vorliegenden Beispiel der Konstruktion der Antenne 56 (1) hat der Strahler 22 eine symmetrische Konstruktion, nämlich die Dipolkonfiguration mit zwei Flügeln 34. Die Gegentaktkonfiguration oder der symmetrische Aufbau wird durch die zuvor erwähnte Verbindung der Flügel 34 mit den jeweiligen Eingangsanschlüssen des Filters 108 beibehalten. Wenn eine unterschiedliche Form des Antennenstrahlers verwendet würde, derart, daß eine Seite des Strahlers geerdet würde, dann würde ein Symmetrieübertrager (nicht dargestellt) zwischen dem Strahler und die Eingangsanschlüsse 210 und 212 des Filters 108 gelegt. In einem solchen Falle würde die Ausgangswicklung des Symmetrieübertragers zwischen die Anschlüsse 210 und 212 geschaltet, um für eine symmetrische Zuführung des Strahlersignales zwischen den Mischerknotenpunkten 118A und 118D zu sorgen.
In entsprechender Weise wird das Ausgangssignal des Mischers 110, das zwischen den Knotenpunkten 118C und 118B erscheint, an die symmetrischen Eingangsanschlüsse 158 und 160 des Filters 112 gelegt. Es sei bemerkt, daß irgendeine Gleichspannung, die von der Photozelle 104 erzeugt wird, durch die Kondensatoren 174, 176, 178 und 180 von dem Mischer 110 ferngehalten wird. Ein Wechselstromsignal, das von dem Filter 112 ausgegeben wird, wird an die Serienschaltung aus den Induktivitäten 200 und 202 gelegt, wobei deren kombinierte Induktivität parallel zu der Induktivität des Schwingkreises 172 erscheint. Der Induktivitätswert der Induktivitäten 200 und 202 in Verbindung mit der Kapazität des Kondensators 206 und der Elemente des optischen Modulators 106, welche damit verbunden sind, dienen zum Abgleich mit einer Impedanz, welche von dem Modulator 106 einer Ausgangsimpedanz des Filters 112 dargeboten wird. Es sei auch bemerkt, daß die Induktivität 200 und die Induktivität 188 mit dem Kondensator 206 in Serie geschaltet sind, wodurch ein Serienresonanzkreis bei der Mittenfrequenz des Filters 112 errichtet wird, so daß eine effektive Beaufschlagung der Platten 192 und 194 des Kondensators 184 mit dem Wechselstromsignal erfolgt.
Der Photodetektor 98 empfängt ein Hochfrequenzsignal über die faseroptische Leitung 74 und liefert das Hochfrequenzsignal über die Gate-Anschlüsse des Transistors 114 an den Mischer 110. Die Hochfrequenzspannung wird zwischen dem Verbindundspunkt der Gate-Anschlüsse der Transistoren 114B und 114C und dem Verbindungspunkt der Gate-Anschlüsse der Transistoren 114A und 114D gelegt. In entsprechender Weise liefert das breitbandige Filter 108 sein Hochfrequenzsignal, das von dem Strahler 122 empfangen wird, an den Mischer 110 über die Schaltungsknotenpunkte 118A und 118D. Der Mischer 110 gibt ein Signal mit der Differenzfrequenz aus, welches das Zwischenfrequenzsignal ist, das an die Eingangsanschlüsse des schmalbandigen Filters 112 angelegt wird. Das Filter 112 ist auf die Zwischenfrequenz abgestimmt, so daß es das Zwischenfrequenzsignal aus Signalen mit anderen Frequenzen extrahiert, die von dem Mischer 110 erzeugt werden können.
Der Wert der Induktivitäten 188 und 186 kann so gewählt werden, daß die Induktivitäten in Resonanz mit dem Kapazitätswert des Kondensators 184 gelangen, um eine maximale Entnahme der Signalspannung, welche von dem Filter 112 ausgegeben wird, für die Modulation des optischen Signals auf der Leitung 70 zu erreichen. Dies geschieht ohne Störung von der Vorspannung, welche durch die Photozelle 104 an die Platten 192 und 194 gelegt wird. Die durch die Photozelle 104 erzeugte Vorspannung dient zur Festlegung eines Betriebsbereiches eines Modulators 106, welcher die Linearität der Modulation optimiert. In entsprechender Weise ist die Vorspannung, welche durch die Photozelle 102 der Treiberschaltung 116 erzeugt wird, so eingestellt, daß die Linearität beim Mischprozeß des Mischers 110 optimiert wird. Der Photodetektor 100 empfängt ein Eichsignal auf der faseroptischen Leitung 76 mit der Zwischenfrequenz und dient zur Umwandlung des Zwischenfrequenzsignales von der optischen Form in die elektrische Form. Dieses Signal dient als Eichsignal zur Prüfung des Ansprechverhaltens des Filters 112, wodurch sichergestellt ist, daß das Filter 112 für die Extraktion eines Zwischenfrequenzsignales vom Mischer 110 richtig abgestimmt ist.
Ein Merkmal beim Betrieb des Mischers 110 ist die Tatsache, daß an keinem der Transistoren 114 eine Source-/Drain-Spannung angelegt wird. Die einzige Spannung, nämlich eine Vorspannung von der Zelle 102, wird zwischen dem Gate-Anschluß und Drain-Anschluß der Transistoren 114 angelegt. Die Photozelle 102 sollte bei einer Spannung im Bereich von 0,8 bis 1,5 Volt arbeiten, um für eine geeignete Vorspannung für den Mischer 110 zu sorgen. Ein optischer Leistungspegel von einem Milliwatt wurde in der faseroptischen Leitung 74 für den Betrieb des Photodetektors 98 verwendet.
Die symmetrische Leitungskonfiguration der Schaltkreise in den verschiedenen Teilen in der Empfangsschaltung 30 beseitigt die Notwendigkeit einer Erdungsebene, wodurch die Flexibilität der modularen Anordnung 40 (4) geschaffen wird. Das breitbandige Filter 108 ist so ausgelegt, daß eine Anpassung an eine spezifische reaktive Eingangsimpedanz der Quelle, nämlich des Strahlers 22 gegenüber dem Mischer 110 erreicht wird. Das schmalbandige Filter 112 dient zum Abschluß des Mischers zur Erzeugung einer schmalbandigen Selektivität, beispielsweise 5 MHz, und zur Anpassung des Mischers 110 an die reaktive Impedanz des optischen Modulators 106. Die Zwischenfrequenz beträgt beispielsweise 200 MHz. Das Signal an dem Strahler 22 kann beispielsweise im C-Band oder X-Band liegen. Es sei bemerkt, daß die durch die Photozelle 102 für den Mischer 110 erzeugte Vorspannung eine Gegen-Gleichspannungsvorspannung ist, um die Transistor-Drain- und -Source-Impedanzen zu stabilisieren, um den Betriebspunkt des Lokaloszillatorspannungsausschwingens einzustellen und um die Erzeugung von Rauschen zu minimieren.
Beim Packen der Komponenten der Empfangsschaltung 30 zu den Modulen 42 der modularen Anordnung 40 (4) ist es zweckmäßig, die Treiberschaltung 116 einschließlich des Photodetektors 98 und der Photozelle 102 in einem ersten der Module 42 zu befestigen. Das breitbandige Filter 108 kann ebenfalls in dem ersten Modul 42 angeordnet werden. In dem zweiten der Module 42 können der Mischer 110 und das schmalbandige Filter 112 angeordnet werden. Auch der Eich-Photodetektor 100 ist in dem zweiten der Module 42 angeordnet. Der optische Modulator 106 mit seiner Photozelle 104 befindet sich in dem dritten der Module 42. Eine Ausführungsform der Anordnung 40 wurde mit einem Durchmesser von annähernd 7,6 mm (0,3 Zoll) und einer Länge von annähernd 267 mm (10,5 Zoll) gefertigt. Es sei bemerkt, daß die Anordnung der Komponenten der Empfangsschaltung 30 in verschiedenen der Module 42 eine Zweckmäßigkeitsfrage ist, und daß, falls gewünscht, der Mischer 110 in dem ersten der Module 42 anstatt in dem zweiten der Module 42 angeordnet werden kann. Auch das breitbandige Filter 108 kann in dem zweiten der Module 42 angeordnet werden, wobei dies ein zweckmäßiger Ort ist, falls der Strahler 22 mit dem Mittelpunkt der Anordnung 40 zu verbinden ist.
Es sei auch angemerkt, daß aufgrund der sehr schmalen Form der Anordnung 40 es möglich ist, einen Dipolstrahler 214 zu konstruieren, wie er in 13 gezeigt ist, wobei auch Flügel 216 des Strahlers 214 eine hohle Form haben. Dies wird leicht durch Ausbildung jedes der Flügel 216 als ein Abschnitt eines zylindrischen Rohres erreicht, das eine zentrische Bohrung 218 hat. Die Anordnung 40, welche wesentlich kleiner als die Länge einer Komponente des Strahlers, etwa im L-Band, ist, kann unmittelbar innerhalb der Bohrung 218 angeordnet werden. Ein Draht 220 kann eines der Strahlerelemente mit dem Elementengehäuse der Anordnung 40 verbinden. Falls die Ausbildung des Strahlers eine solch ist, daß eine Komponente vorhanden ist, welche von der Erdungsebene beabstandet ist, dann kann der Draht 220 alternativ zu der Erdungsebene Verbindung haben. Ein Kabel 222 mit Lichtleitfasern darin verbindet das Modul 40 mit der gemeinsamen Einrichtung eines Antennensystems, beispielsweise der gemeinsamen Ausrüstung 58 gemäß 9. Ein Streifen aus flexiblem Material kann mit einem der Module 42 der modularen Anordnung 40 verbunden sein, um die modulare Anordnung innerhalb der Bohrung 218 festzuhalten.
Es versteht sich, daß die oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung nur zu Erläuterungszwecken dienen und daß Modifikationen davon dem Fachmann gegeben sind. Demgemäß ist die Erfindung nicht als durch die hier offenbarten Ausführungsformen beschränkt anzusehen sondern wird nur durch die anliegenden Ansprüche definiert.

Claims

Flexibles Antennenfeldsystem, das Folgendes umfasst: ein flexibles, elektrisch isolierendes Substrat (24) und ein Feld von Strahlern (22), das von dem genannten Substrat getragen wird; eine Mehrzahl von Empfangsschaltungen (30), die mit jeweiligen der genannten Strahler (22) gekoppelt sind, wobei die genannten Empfangsschaltungen (30) Signale ausgeben, die von jeweiligen der genannten Strahler (22) empfangen werden; einen Satz von Lichtleitfasern (54), die mit jeweiligen der genannten Empfangsschaltungen (30) gekoppelt sind, wobei der genannte Fasersatz eine erste Mehrzahl von Lichtleitfasern (77), die mit jeweiligen der genannten Empfangsschaltungen (30) gekoppelt sind, um jeweilige der genannten empfangenen Signale mit einem Signalverarbeitungsgerät zu übertragen, und eine zweite Mehrzahl von Lichtleitfasern (70, 721 beinhaltet, die Betriebsleistung zu mehreren der genannten Empfangsschaltungen (30) speisen, und wobei die genannten Lichtleitfasern (54) flexibel sind, um ein Biegen des genannten Substrats (24) zuzulassen, wobei die genannten Lichtleitfasern elektrisch isolierendes Material zur Erhaltung einer Strahlungscharakteristik des genannten Strahlerfeldes (22) umfassen.
Antennensystem nach Anspruch 1, wobei jeder der genannten Strahler ein Dipolstrahler ist.
Antennensystem nach Anspruch 1, bei dem das genannte Verarbeitungsgerät einen Empfangsstrahlenkonzentrator umfasst, wobei der genannte Strahlenkonzentrator Bestandteil des genannten Antennensystems ist.
Antennensystem nach Anspruch 1, bei dem der genannte Lichtleitfasersatz ferner eine dritte Mehrzahl von Lichtleitfasern beinhaltet, die mit jeweiligen der genannten Empfangsschaltungen gekoppelt sind, um Oszillatorsignale zu jeweiligen der genannten Empfangsschaltungen von einer Quelle von Oszillatorsignalen zu übertragen.
Antennensystem nach Anspruch 4, bei dem die genannten Oszillatorsignale die gleiche Frequenz haben und bei dem die genannte Quelle von Oszillatorsignalen Bestandteil des genannten Antennensystems ist.
Antennensystem nach Anspruch 1, bei dem die genannten Empfangsschaltungen flexibel konstruiert sind, so dass sie sich mit dem genannten Substrat biegen.
Antennensystem nach Anspruch 6, bei dem jede der genannten Empfangsschaltungen eine modulare Baugruppe hat, die mehrere Module umfasst, und wobei einzelne der genannten Lichtleitfasern des genannten Lichtleitfasersatzes mit einzelnen der Module von jeweiligen der genannten Empfangsschaltungen verbunden sind.
Antennensystem nach Anspruch 7, bei dem jede der genannten Empfangsschaltungen eine Mehrzahl von Konvertern zum Umwandeln von optischer Leistung in elektrische Leistung umfasst.
Antennensystem nach Anspruch 8, bei dem in jeder der genannten modularen Baugruppen ein erstes der genannten Module mit einem Strahler des genannten Strahlersatzes verbunden ist, und wobei das genannte erste Modul einen ersten und einen zweiten der genannten Konverter und einen Mixer umfasst, wobei der genannte erste Konverter eine Fotozelle ist, die eine Vorspannung zum Betreiben des genannten Mixers bereitstellt, und wobei der genannte zweite Konverter ein Fotodetektor ist, der ein Referenzoszillatorsignal zu dem genannten Mixer sendet, wobei der genannte Mixer die Aufgabe hat, ein RF-Signal des genannten Strahlers in ein ZF-Signal umzuwandeln.
Antennensystem nach Anspruch 9, bei dem die genannte Empfangsschaltung ferner einen Filter umfasst, der mit einem Ausgangsanschluss des genannten Mixers verbunden ist, um das ZF-Signal von dem Mixer zu gewinnen, wobei sich der genannte Filter in einem zweiten aus der genannten Mehrzahl von Modulen befindet.
Antennensystem nach Anspruch 10, bei dem die genannte Empfangsschaltung ferner einen Lichtmodulator umfasst, der über den genannten Filter mit dem genannten Mixer gekoppelt ist, um das Signal des genannten Strahlers als optisches Signal auszugeben.
Antennensystem nach Anspruch 11, bei dem in der genannten Empfangsschaltung die genannte modulare Baugruppe ein drittes der genannten Module umfasst und wobei sich der genannte Modulator in dem genannten dritten Modul befindet.
Antennensystem nach Anspruch 12, bei dem die genannte Empfangsschaltung ferner eine flexible Hülle umfasst, die die genannte modulate Baugruppe umschließt, wobei jedes der genannten Module eine starre Leiterplatte umfasst, wobei ein Biegen der modularen Baugruppe durch die Flexibilität der genannten Hülle ermöglicht wird, so dass eine Artikulation der genannten modularen Baugruppe möglich wird, die eine Verbindung zwischen einzelnen der genannten Leiterplatten herstellt, wobei elektrische Leitungen und Lichtleitfasern der genannten Empfangsschaltung flexibel sind, um die genannte Artikulation zuzulassen.
Antennensystem nach Anspruch 12, bei dem der genannte Mixer eine Kalibrationsschaltung umfasst, die auf ein optisches Kalibrationssignal anspricht, das über eine Lichtleitfaser des genannten Lichtleitfasersatzes an den genannten Mixer angelegt wird, wobei die genannte Empfangsschaltung ferner einen zusätzlichen Fotodetektor zum Umwandeln des genannten Kalibrationssignals von einer optischen Form in eine elektrische Form umfasst, und wobei die genannte Empfangsschaltung ferner eine zusätzliche Fotozelle zum Umwandeln von optischer Leistung von einer anderen Faser des genannten Lichtleitfasersatzes in elektrische Leistung zum Betreiben des genannten Modulators umfasst.
Antennensystem nach Anspruch 7, bei dem die genannte Empfangsschaltung ferner eine flexible Hülle umfasst, die die genannte modulare Baugruppe umschließt, wobei jedes der genannten Module eine starre Leiterplatte umfasst, wobei ein Biegen der modularen Baugruppe durch die Flexibilität der genannten Hülle ermöglicht wird, so dass eine Artikulation der genannten modularen Baugruppe möglich wird, die eine Verbindung zwischen einzelnen der genannten Leiterplatten herstellt, wobei elektrische Leitungen und Lichtleitfasern der genannten Empfangsschaltung flexibel sind, um die genannte Artikulation zuzulassen.
Antennensystem nach Anspruch 15, bei dem die genannte Empfangsschaltung ferner ein Mittel zum Konvertieren eines RF-Signals eines mit der genannten Empfangsschaltung gekoppelten Strahlers in ein ZF-Signal umfasst, und wobei die genannte Empfangsschaltung ferner einen Lichtmodulator zum Ausgeben des ZF-Signals als optisches Signal über eine Lichtleitfaser der genannten ersten Mehrzahl von Lichtleitfasern umfasst.
Antennensystem nach Anspruch 16, ferner umfassend eine Referenzsignalquelle, die durch eine dritte Mehrzahl von Lichtleitfasern des genannten Lichtleitfasersatzes mit jeweiligen der genannten Empfangsschaltungen gekoppelt ist, wobei die genannten Referenzsignale an das genannte Konvertierungsmittel zur Verwendung als Referenzsignal beim Umwandeln von RF in ZF angelegt werden.
Antennensystem nach Anspruch 7, bei dem die Module in jedem der genannten modularen Baugruppe seriell angeordnet sind, um jeder der genannten modularen Baugruppen eine längliche Form zu verleihen, und wobei die genannten Strahler in Reihen und Spalten in dem genannten Feld angeordnet sind, und wobei die genannten länglichen modularen Baugruppen in entsprechenden Reihen und Spalten für eine elektrische Verbindung mit jeweiligen der genannten Strahler angeordnet sind.
Antennensystem nach Anspruch 18, bei dem die genannten modularen Baugruppen an das genannte Substrat angrenzen, wobei die Anordnung der länglichen Baugruppen in Reihen ein Biegen des genannten Substrats und des genannten modularen Felds um eine Achse parallel zu den genannten Reihen zulässt, und wobei die Flexibilität einzelner der genannten modularen Saugruppen ein Biegen des genannten Feldes und des genannten Substrats um eine Achse lotrecht zu den genannten Reihen von modularen Baugruppen zulässt.
Antennensystem nach Anspruch 15, bei dem jede Empfangsschaltung einen Mixer zum Erzielen einer Konvertierung zwischen RF- und ZF-Signalen beinhaltet, wobei der Mixer Folgendes umfasst: eine Ringschaltung bestehend aus vier Feldeffekttransistoren, wobei ein Drain-Anschluss eines der genannten Transistoren über eine Übergangsstelle mit einem Drain-Anschluss eines zweiten der genannten Transistoren verbunden ist, wobei insgesamt vier Übergangsstellen voxhanden sind, die die genannten vier Transistoren verbinden; einen Stromeingang für eines der genannten RF- und ZF-Signale zu einem Paar der genannten Übergangsstellen, die an gegenüberliegenden Enden der genannten Ringschaltung angeordnet sind, eine Ausgangsschaltung, die mit den übrigen der genannten Übergangsstellen verbunden ist; und einen Fotodetektor der zu einer Quelle von Referenzoszillatorsignalen geschaltet ist, wobei die genannten Referenzoszillatorsignale in optischer Form vorliegen, wobei der genannte Fotodetektor die optische Form in eine elektrische Form umwandelt, um die genannten Referenzoszillatorsignale an gegenüberliegende Paare von Gate-Anschlüssen der genannten Transistoren anzulegen.
Antennensystem nach Anspruch 6, wobei jede der genannten Empfangsschaltungen Folgendes aufweist: eine modulare Baugruppe bestehend aus mehreren Modulen, wobei einzelne der genannten Module Lichtleitfasern zum Leiten von optischer Leistung und von Signalen zu der Baugruppe führen, und wobei einzelne der genannten Lichtleitfasern mit einzelnen der genannten Module verbunden sind; eine Mehrzahl von Konvertern von optischer Leistung in elektrische Leistung, wobei einzelne der genannten Leistungskonverter mit einzelnen der genannten Lichtleitfasern verbunden sind; einen Satz von Eingangsanschlüssen für den Empfang eines zu verarbeitenden Signals, wobei das genannte Signal ein RF-Signal ist, und wobei sich die genannten Eingangsanschlüsse in einem der genannten Module befinden, wobei das genannte eine Modul einen ersten und einen zweiten der genannten Leistungskonverter und einen Mixer umfasst; wobei der genannte erste Konverter eine Fotozelle ist, die eine Vorspannung zum Betreiben des genannten Mixers erzeugt, und wobei der genannte zweite Konverter ein Fotodetektor ist, der ein Referenzoszillatorsignal zu dem genannten Mixer sendet, wobei der genannte Mixer die Aufgabe hat, ein RF-Signal des genannten Satzes von Eingangsanschlüssen in ein ZF-Signal umzuwandeln.
Antennensystem nach Anspruch 21, ferner umfassend einen Filter, der mit einem Ausgangsanschluss des genannten Mixers verbunden ist, um das ZF-Signal von dem Mixer zu gewinnen, wobei sich der genannte Filter in einem zweiten aus der genannten Mehrzahl von Modulen befindet.
Antennensystem nach Anspruch 22, bei dem die genannte Empfängerschaltung ferner einen Lichtmodulator umfasst, der über den genannten Filter mit dem genannten Mixer gekoppelt ist, um das ZF-Signal als optisches Signal auf einer der genannten Lichtleitfasern auszugeben.
Antennensystem nach Anspruch 23, ferner umfassend ein drittes der genannten Module, wobei sich der genannte Modulator in dem genannten dritten Modul befindet.
Antennensystem nach Anspruch 24, ferner umfassend eine flexible Hülle, wobei jedes der genannten Module eine starre Leiterplatte umfasst, wobei ein Biegen der modularen Baugruppe durch die Flexibilität der genannten Hülle ermöglicht wird, so dass eine Artikulation der genannten modularen Baugruppe möglich wird, die eine Verbindung zwischen einzelnen der genannten Leiterplatten herstellt, wobei elektrische Leitungen und Lichtleitfasern eines Schaltkomplexes in der genannten Baugruppe flexibel sind, um die genannte Artikulation zuzulassen.
Antennensystem nach Anspruch 24, bei dem der genannte Mixer eine Kalibrationsschaltung umfasst, die auf ein optisches Kalibrationssignal anspricht, das über eine der genannten Lichtleitfaser an den genannten Mixer angelegt wird, wobei die Baugruppe ferner einen zusätzlichen Fotodetektor zum Umwandeln des genannten Kalibrationssignals von einer optischen Form in eine elektrische Form umfasst, und wobei die genannte modulare Baugruppe ferner eine zusätzliche Fotozelle zum Umwandeln von optischer Leistung von einer anderen Faser der genannten Lichtleitfasern in elektrische Leistung zum Betreiben des genannten Modulators umfasst.
Antennensystem nach Anspruch 1, wobei jeder Strahler einen Hohlstrahler umfasst, wobei der Hohlstrahler elektrisch mit einer flexiblen Schaltungsbaugruppe verbunden und von dieser umschlossen ist, um Signale von dem Strahler zu empfangen, wobei die flexible Schaltungsbaugruppe Folgendes umfasst: eine modulare Baugruppe bestehend aus mehreren. Modulen, und wobei einzelne der genannten Module Lichtleitfasern zum Leiten von optischer Leistung und Signalen zur Schaltungsbaugruppe führen, und wobei einzelne der genannten Lichtleitfasern mit einzelnen der Module verbunden sind; eine Mehrzahl von Konvertern von optischer Leistung in elektrische Leistung, wobei einzelne der genannten Leistungskonverter mit einzelnen der genannten Lichtleitfasern verbunden sind; einen Satz von Eingangsanschlüssen für den Empfang eines zu verarbeitenden Signals, wobei das genannte Signal ein RF-Signal ist, und wobei sich die genannten Eingangsanschlüsse in einem der genannten Module befinden, wobei das genannte eine Modul einen ersten und einen zweiten der genannten Leistungskonverter und einen Mixer umfasst; wobei der genannte erste Konverter eine Fotozelle ist, die eine Vorspannung zum Betreiben des genannten Mixers ist und der genannte zweite Konverter ein Fotodetektor ist, der ein Referenzoszillatorsignal zu dem genannten Mixer sendet, wobei der genannte Mixer die Aufgabe hat, ein RF-Signal des, genannten Satzes von Eingangsanschlüssen in ein ZF-Signal umzuwandeln.