EP1005105B1 - Arrangement for generating and automatic tracking of antenna diagrams in elevation for aircrafts during flight manoeuvres with the purpose of data transmission - Google Patents
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- EP1005105B1 EP1005105B1 EP99122607A EP99122607A EP1005105B1 EP 1005105 B1 EP1005105 B1 EP 1005105B1 EP 99122607 A EP99122607 A EP 99122607A EP 99122607 A EP99122607 A EP 99122607A EP 1005105 B1 EP1005105 B1 EP 1005105B1
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- H01Q3/42—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means using frequency-mixing
Definitions
- the invention relates to a device for generating and automatic tracking of Antenna diagrams in the elevation direction for aircraft, such as aircraft or terrestrial missiles, in flight maneuvers for the purpose of data transmission, in particular broadband data transmission.
- the broadband data transmission between relatively moving aircraft must in the higher frequency range, ie in the microwave range, take place, since only there are enough Transmission channels with greater bandwidth are available. But since the Free space attenuation with increasing frequency is getting higher and the transmission power is not can be increased as desired, have antennas with higher profit, so directed antennas be used.
- phased array antennas For fast tracking of directional antennas are so-called phased array antennas in Field of radar technology known.
- the disadvantage of these conventional phased array antennas is that to align the antenna diagrams phase shifters in the transmission frequency range use, especially at higher frequencies, a considerable attenuation in the phase networks and relatively due to the requirements of phase stability are expensive.
- US 5 493 306 discloses a phased array antenna for automatic scanning by tracking an antenna pattern over a predetermined angular range described.
- phase-shifting delay lines in the Intermediate frequency level arranged and the intermediate frequency is in the individual branches mixed with the signal of a local oscillator in a mixer before the high-frequency Signal is fed to the individual antennas of the array.
- the phase shift to Tracking of the antenna diagram is based on the principle of Butler matrix, in whose Network the delay lines are involved.
- the so-called frequency scanning method which dispenses with adjustable phase shifters and is therefore cheaper.
- this frequency scanning method are the individual antennas of an array with different lengths Power supply lines fed so that different depending on the frequency fed Set phase angles at the individual antennas, resulting in different beam angles result.
- this method is unusable for data transmission, since the Transmitting frequency changed depending on the required direction of radiation, so that the reception with a remote station is difficult to implement and an antenna tracking after the same Principle is completely impossible.
- the required tracking rate for the alignment of the antennas in the Elevation range due to the possible flight maneuvers especially by the usually yourself rapidly changing flight attitudes in the roll axis of the aircraft will be much higher.
- the determination of the respective elevation angle takes place as a function of the attitude angle, i. the roll and the Pitch angle of the aircraft, and the azimuth angle to the remote station.
- the transmission signal consequently remains at the constant double frequency of the first oscillator. Since the signal f 0 -f S processed by the delay line arrangement has a frequency which is not substantially different from the transmission frequency f 0 , the delay line arrangement must be suitable for generating a well-defined phase shift at this high frequency, which requires relatively high equipment expense brings with it.
- the invention has for its object to provide a device with a payload data transmission between aircraft during maneuvers and a fast tracking of Antenna diagrams in the elevation direction with low functional and device-technical effort is possible.
- An advantage of the invention is that the data transmission is independent of the angle under which the communicating aircraft are at a constant carrier frequency can be done. Another advantage is that the phase shift that leads to Alignment of the antenna diagrams of the involved sub-antennas is required low frequencies is generated, so that with the use of relatively less expensive Components for the transmitting and receiving devices without effort a high stability of Tracking can be achieved.
- the remaining critical part of the circuit in the high frequency range is broad unproblematic in terms of transmission quality, since the antenna assembly with the functions for generating and tracking the antenna diagrams in the immediate vicinity of the antenna feed point and extends in the smallest space.
- the Feeders extremely short, therefore insensitive and practical for phase changes lossless.
- Another advantage is the fact that for the transmitting part no expensive power amplifier with high power is needed, but a number of small inexpensive parallel connected Low-power transmit amplifiers are used. Through this parallel connection of In addition, the reliability increases with several transmit power amplifiers or antenna modules the device according to the invention.
- FIG. 1 shows the inventive arrangement 1 for generating and Tracking of antenna diagrams with a system controller 3, a modulator 5, a demodulator 6 and an oscillator unit 7 comprising a first 8 and a second 9 oscillator, which are expediently formed together in a module.
- a system controller 3 controls the modulator 5 and a demodulator 6 and an oscillator unit 7 comprising a first 8 and a second 9 oscillator, which are expediently formed together in a module.
- These dine Networks or assemblies 11, 12, 13, 14, 15, a transmitting branch 21 and a Receiving branch 22 include.
- Each transmitting branch 21 is connected via a line 23 to the modulator 5 and each receiving branch 22 with a line 24 to the demodulator 6 in conjunction.
- Both the first oscillator 8 as Also, the second oscillator 9 are connected to the system controller 3, via which the arrangement FIG. 1 with other aircraft systems, in particular the position reference system 25 of FIG Aircraft is connected.
- the modulator 5 is used to high-frequency signals with user data apply. Accordingly, the demodulator 6 sets received modulated high-frequency signals into digital signals (user data), which are then further processed can.
- Each transmitting branch 21 has on the side of the modulator 5, a first mixer 31, which of the first oscillator 8 received high-frequency signals with those of the modulator. 5 coming signals mixed.
- the signal coming from the modulator 5, which is a Intermediate frequency represents a signal with one around the alignment frequency implemented different frequency.
- Seen from the modulator 5 is the first Mixer 31 is followed by a delay line 33a, the signal by the transmission alignment frequency subjected to a phase shift and that to a second Mixer 35 is guided.
- the second mixer 35 mixes it with the delay line 33a incoming signal with the signal generated by the second oscillator 9. This will do that by the delay line 33a signal in a signal with the transmission transmission frequency implemented.
- This signal becomes a transmitting power amplifier or a transmitting power amplifier 37, which is in communication with a transmitting antenna 39.
- the Send branches 21 in hardware on an antenna assembly, e.g. on a circuit board integrated.
- the receiving branch 22 comprises a receiving antenna 49 and further from this seen from a receiving amplifier 47, a first mixer 45, a Delay line 43a, 43b, 43c, 43d, 43e and a second mixer 41. It is the first mixer 45 with the second oscillator 9 and the second mixer 41 with the first Oscillator 8 connected. In this way, the coming of the receiving antenna 49 Signal with the reception transmission frequency with that generated by the second oscillator 9 Signal mixed and changed to a signal with a transmit alignment frequency. This Signal is transmitted through the delay line 43a, 43b, 43c, 43d, 43e Phase shift applied, the second mixer 41 and supplied with this a signal coming from the first oscillator 8 mixed so that the signal a constant transmission intermediate frequency receives.
- the switch 8b and the switch 9b passing through the System control are switched, ensure that for the transmission phase, the mixer 31 and 35 of the transmitting branch and for the receiving phase, the mixer 41 and 45 of the receiving branch be supplied with oscillator signals.
- the receive transmission frequency is preferably equal to the transmission transmission frequency and is for example in the range of 10 GHz.
- the transmit alignment frequency however, the receive alignment frequency is less than that Transmission transmission frequency or the reception transmission frequency, both preferably in the range of 1 GHz.
- the antenna networks 12, 13, 14, 15 thus each have a first mixer 31, a second one in their transmitting branch 21 Mixer 35, a transmission power amplifier or transmission output stage 37 and a transmitting antenna 39 and in their receiving branch 22 each have a first mixer 45, a second mixer 41, a Receive amplifier 47 and a receiving antenna 49.
- the lengths of the Delay lines are provided so that in the middle position or another defined position of the antenna diagram of an antenna or an antenna network 11, 12, 13, 14, 15 caused in the delay lines phase angles relative to distinguish each other by a multiple of the wavelength. This is the way the antenna network points 12 in its transmitting branch 21, a delay line 33 b and in its receiving branch 22nd a delay line 43b.
- Analog are in the antenna network 13 the Delay lines 33c and 43c, in the antenna network 14, the delay lines 33d or 43d and provided in the antenna network 15, the delay lines 33e and 43e.
- the delay lines 33b and 43b are such that a Phase shift occurs, which is at least one wavelength of the in the Delay lines 33a and 43a occurring phase shifts different.
- a Phase shift occurs, which is at least one wavelength of the in the Delay lines 33a and 43a occurring phase shifts different.
- the Compared to the phase shifts occurring in the delay line 33a or 43a occurs in the delay lines 33c and 43c, respectively, by at least twice the wavelength greater phase shift, in the delay lines 33d and 43d one around the at least triple wavelength greater phase shift and in the Delay lines 33e and 43e one larger by at least four times the wavelength Phase shift on.
- the orientation or change of the Antenna diagrams are made by the vectorial addition of the individual signals of each transmitting antenna 39 or each receiving antenna 49, so that in a corresponding manner the signal level the various antenna networks 11, 12, 13, 14, 15 when receiving or transmitting in add vectorially to a particular transmit or receive direction.
- the Phase shift in the various antenna networks 11, 12, 13, 14, 15 by the delay lines 33a, 33b, 33c, 33d, 33e or 43a, 43b, 43c, 43d of different lengths 43e effected in cooperation with the supply frequencies generated by the first oscillator 8 can, by changing these supply frequencies of the first oscillator 8, which over the each first mixer 31 are superimposed with the signal coming from the modulator 5, the Formation of the main beam direction of the antenna can be effected in a defined direction. This direction is the direction to the aircraft, which is the user data or signals to be sent should receive.
- the desired angle is preferably determined by the aircraft reference system, e.g. the Inertialsystem, determined and with the azimuth angle to the remote site in the elevation angle converted.
- the second oscillator 9 in the transmitting part 21 causes that from the respective delay line 33a, 33b, 33c, 33d, 33e, the signal finally reaches the constant transmission transmission frequency is implemented. From the first oscillator 8 on the respective first Mixer 31 introduced to align the respective antenna diagrams frequency deviation Thus, by subtracting a same frequency deviation by the second oscillator 9 and the respective second mixer 35 is eliminated. In this way send the respective transmit antennas 39 the relevant data with the same transmission frequency, regardless of the orientation of belonging to the respective transmitting antennas 39 Antenna diagrams.
- the fundamental frequency introduced by the second oscillator 9 determines essentially the transmission transmission frequency of the transmitting antennas 39, since the frequency of the second oscillator 9 large compared to the frequency of the first oscillator 8 and the frequency of the signal coming from the modulator 5 23 is.
- the switches 8b, 9b are set so that the Signals of the first oscillator 8 to the associated first mixer 31 and the signals of the second oscillator 9 to the respective switched second mixer 35 pass.
- a superposition of the occurring in the respective receiving part 22 Receive signals on the one hand via the second oscillator 9 and the associated respectively first mixer 45 and via the first oscillator 8 in conjunction with this associated second mixer 41 instead.
- the switches 8b, 9b are set so that the Signals of the first oscillator 8 to the associated second mixers 41 and the signals of the second oscillator 9 reach the respectively switched first mixers 45.
- the effect in the respective reception branches 22 via the first 8 and second oscillator. 9 introduced phase shifts is inverse to that in the respective transmission branches 21st intended mode of action.
- the coming of the receiving antenna 49 and from Reception amplifier 47 amplified signal is by means of the second oscillator 9 at a corresponding position of the switch 9b and by means of the respective first mixer 45 with superimposed on a signal that consists of a fundamental frequency and one for the diagram pivoting required variable frequency.
- the signal with the intermediate frequency is the demodulator via line 24 6 supplied.
- the signals are behind the respective first mixers 45 via the delay lines 43a, 43b, 43c, 43d, 43e led to the resulting by these delay lines phase delay in a To convert diagram change, which the receipt of signals of the remote station from the accomplish horizontal direction, i. from a substantially parallel to the earth's surface running direction.
- the transmission case is due to the two-time mixture in the first Mixer 45 and the second mixer 41, the reception frequency to that in the line 24th present constant intermediate frequency implemented and supplied to the demodulator 6.
- the system controller 3 calculates the elevation angle from the attitude angles, i. the roll, Pitch and azimuth angles, and places them in the required frequency offset for generation together with the delay lines 33a, 33b, 33c, 33d, 33e and 43a, 43b, 43c, 43d, 43e caused phase shifts in the also effected transmit or receive alignment frequency um, by the drive signals for the first oscillator 8 and the second oscillator 9 is generated.
- the phase shifts that occur between the antenna networks occur are provided so that for sending or receiving a Antenna main beam direction of the alignment arrangement 1 results in a target angle relative to an aircraft-fixed reference axis, i. is aligned to the remote station at each attitude.
- the phase shift to be provided in each antenna network depends on the Distances between the respective transmit 39 - or the respective reception 49 - antennas the antenna networks 11, 12, 13, 14, 15 from. These are preferably the same size. Are these different, determine the required phase positions for generation or education and Alignment of the antenna main beam direction according to known algorithms.
- FIG. 2 shows by way of example an antenna main beam direction 70.
- system controller 3 is provided, the control signals for switching from Send to receive and vice versa as well as on and off signals for amplifier modules (not shown) to produce.
- system controller 3 the Transmission or reception frequency selection by definition or change of the second Oscillator 9 generates fundamental frequency controls.
- switches 8b and 9b With the help of the switches 8b and 9b is between the modes Send and Receive switched. Alternatively, however, if for sending and receiving different Frequency (frequency diversity) also a parallel sending and receiving be provided. In this case, two first 8 or second 9 oscillators can be provided.
- AM amplitude modulation
- FM Frequency Modulation
- PM Phase Modulation
- Spread Spectrum amplitude modulation
- the entire circuit of the antenna networks 11, 12, 13, 14, 15, possibly also including the antennas 39, 49 is suitably on a common or at least per transmission or reception branch common printed circuit board 80 ( Figure 3) housed, which can be designed as a multilayer. Furthermore, the transmitting antennas can also 39 and receiving antennas 49 are housed on this common plate, the antennas then being e.g. Patch or slot antennas and the active components in SMD or chip technology are executed.
- the transmitting and receiving antennas 49 49 parts of Being an aircraft structure.
- this arrangement results, in particular, in the Advantage that the radar backscatter cross section and the aerodynamic conditions are not or change only relatively small.
- each antenna field of the antenna networks 11, 12, 13, 14, 15 for the transmitting (21) and the receiving branch (22) even with only one antenna field be realized.
- Such an antenna field would then have a corresponding antenna per antenna Changeover switch or a circulator will be assigned to these antennas in case of sending the corresponding functions of the transmission branch 21 and in the case of receiving the corresponding functions of the receiving branch 22 assign.
- the antenna networks or assemblies 11, 12, 13, 14, 15 may be in aircraft structural parts be integrated.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung und automatischen Nachführung von Antennen-Diagrammen in der Elevationsrichtung für Luftfahrzeuge, wie Flugzeuge oder erdgebundene Flugkörper, bei Flugmanövern zum Zwecke der Datenübertragung, insbesondere der Breitband-Datenübertragung.The invention relates to a device for generating and automatic tracking of Antenna diagrams in the elevation direction for aircraft, such as aircraft or terrestrial missiles, in flight maneuvers for the purpose of data transmission, in particular broadband data transmission.
Die Breitband-Datenübertragung zwischen sich relativ zueinander bewegenden Flugzeugen muß im höheren Frequenzbereich, also im Mikrowellenbereich, erfolgen, da nur dort ausreichend viele Übertragungskanäle mit größerer Bandbreite zur Verfügung stehen. Da aber die Freiraumdämpfung mit wachsender Frequenz immer höher wird und die Sendeleistung nicht beliebig erhöht werden kann, müssen Antennen mit höherem Gewinn, also gerichtete Antennen eingesetzt werden.The broadband data transmission between relatively moving aircraft must in the higher frequency range, ie in the microwave range, take place, since only there are enough Transmission channels with greater bandwidth are available. But since the Free space attenuation with increasing frequency is getting higher and the transmission power is not can be increased as desired, have antennas with higher profit, so directed antennas be used.
Zur schnellen Nachführung von Richtantennen sind sogenannte Phased-Array-Antennen im Bereich der Radar-Technik bekannt. Der Nachteil dieser üblichen Phased-Array-Antennen ist, daß sie zur Ausrichtung der Antennen-Diagramme Phasenschieber im Sende-Frequenzbereich verwenden, die vor allem bei höheren Frequenzen eine beträchtliche Dämpfung in den Phasen-Netzwerken bewirken und aufgrund der Anforderungen an die Phasenstabilität verhältnismäßig aufwendig sind.For fast tracking of directional antennas are so-called phased array antennas in Field of radar technology known. The disadvantage of these conventional phased array antennas is that to align the antenna diagrams phase shifters in the transmission frequency range use, especially at higher frequencies, a considerable attenuation in the phase networks and relatively due to the requirements of phase stability are expensive.
In der Druckschrift US 5 493 306 ist eine phasengesteuerte Antenne für automatisches Scannen mittels Nachführung eines Antennendiagramms über einen vorgegebenen Winkelbereich beschrieben. Hierbei werden phasenschiebende Verzögerungsleitungen in der Zwischenfrequenzebene angeordnet und die Zwischenfrequenz wird in den einzelnen Zweigen mit dem Signal eines Lokaloszillators in je einem Mischer gemischt, bevor das hochfrequente Signal den einzelnen Antennen des Arrays zugeleitet wird. Die Phasenverschiebung zur Nachführung des Antennendiagramms erfolgt nach dem Prinzip der Butler-Matrix, in deren Netzwerk die Verzögerungsleitungen eingebunden sind.US 5 493 306 discloses a phased array antenna for automatic scanning by tracking an antenna pattern over a predetermined angular range described. Here are phase-shifting delay lines in the Intermediate frequency level arranged and the intermediate frequency is in the individual branches mixed with the signal of a local oscillator in a mixer before the high-frequency Signal is fed to the individual antennas of the array. The phase shift to Tracking of the antenna diagram is based on the principle of Butler matrix, in whose Network the delay lines are involved.
Weiterhin ist aus der Druckschrift DE 197 37 136 A1 eine Antenne mit azimuthal steuerbarer Richtwirkung für die Kommunikation zwischen einer ortsfesten und mehreren mobilen Stationen bekannt geworden, bei der eine Einstellung der Phase im Zwischenfrequenzbereich erfolgt, wobei vor und hinter dem Schaltungsteil zur Phaseneinstellung eine Frequenzumsetzung mittels je eines Oszillators und eines Mischers erfolgt.Furthermore, from the document DE 197 37 136 A1 an antenna with azimuthal controllable Directivity for communication between a fixed and multiple mobile stations become known, in which an adjustment of the phase takes place in the intermediate frequency range, wherein before and behind the circuit part for phase adjustment a frequency conversion means each of an oscillator and a mixer takes place.
Für den Einsatz bei Radargeräten ist das sogenannte Frequency-Scanning-Verfahren bekannt, das auf einstellbare Phasenschieber verzichtet und daher billiger ist. Bei diesem Frequency-Scanning-Verfahren werden die einzelnen Antennen eines Arrays mit unterschiedlich langen Zuleitungen gespeist, so daß sich in Abhängigkeit der eingespeisten Frequenz unterschiedliche Phasenlagen an den einzelnen Antennen einstellen, woraus sich unterschiedliche Abstrahlwinkel ergeben. Dieses Verfahren ist für die Datenübertragung leider unbrauchbar, da sich die Sendefrequenz je nach der erforderlichen Abstrahlrichtung verändert, so daß der Empfang mit einer Gegenstelle nur schwer zu realisieren ist und eine Antennen-Nachführung nach demselben Prinzip völlig unmöglich ist.For use in radar devices, the so-called frequency scanning method is known which dispenses with adjustable phase shifters and is therefore cheaper. In this frequency scanning method are the individual antennas of an array with different lengths Power supply lines fed so that different depending on the frequency fed Set phase angles at the individual antennas, resulting in different beam angles result. Unfortunately, this method is unusable for data transmission, since the Transmitting frequency changed depending on the required direction of radiation, so that the reception with a remote station is difficult to implement and an antenna tracking after the same Principle is completely impossible.
Durch die Relativbewegung zwischen den Flugzeugen ist auch eine Nachführung im Azimuth-Bereich erforderlich, wobei die erforderliche Nachführungsrate relativ gering (einige Sekunden) ist. Demgegenüber muß die erforderliche Nachführungsrate zur Ausrichtung der Antennen im Elevations-Bereich auf Grund der möglichen Flugmanöver vor allem durch die üblicherweise sich schnell ändernden Fluglagen in der Rollachse der Flugzeuge sehr viel höher sein. Die Festlegung des jeweiligen Elevationswinkels erfolgt in Abhängigkeit der Lagewinkel, d.h. dem Roll- und dem Nickwinkel des Flugzeuges, und des Azimuthwinkels zur Gegenstelle. Due to the relative movement between the aircraft is also a tracking in the azimuth range required, with the required tracking rate relatively low (a few seconds) is. In contrast, the required tracking rate for the alignment of the antennas in the Elevation range due to the possible flight maneuvers especially by the usually yourself rapidly changing flight attitudes in the roll axis of the aircraft will be much higher. The determination of the respective elevation angle takes place as a function of the attitude angle, i. the roll and the Pitch angle of the aircraft, and the azimuth angle to the remote station.
Aus der US 3 766 558 ist eine Array-Antennenanordnung bekannt, welche dazu vorgesehen ist, einen Radarstrahl auf elektronischem Wege in eine gewünschte Richtung abzulenken, wobei dies in einer oder in zwei Ebenen erfolgen kann. Bei einer Abtastanordnung, die zum Abtasten in der Horizontalebene vorgesehen ist, sind ein erster Oszillator zur Erzeugung einer Übertragungsfrequenz f0 und ein zweiter Oszillator zur Erzeugung einer Steuerfrequenz fS für die Ausrichtung des Antennendiagramms vorgesehen. Die Ausgangssignale f0 und fS der beiden Oszillatoren werden in einem Mischer zu Summen- bzw. Differenzsignalen f0 + fS bzw. f0 - fS kombiniert. Das Summensignal f0 + fS wird ersten Eingängen von jeweiligen in Speisenetzwerken der einzelnen Antennen des Antennen-Array's enthaltenen Mischern zugeführt, wogegen das Differenzsignal f0 - fS von jeweiligen Abgriffen an verschiedenen Stellen einer Verzögerungsleitungsanordnung zweiten Eingängen der besagten Mischer zugeführt wird. Während das Ausgangssignal des ersten Oszillators in seiner Frequenz fest bleibt, erzeugt der zweite Oszillator ein Steuersignal über einen vorgegebenen Bereich. Durch die Verzögerungsleitungsanordnung wird an deren einzelnen Abgriffen eine jeweilige Phasenverschiebung so erzeugt, daß sich bei einer Veränderung der Steuerfrequenz des zweiten Oszillators unterschiedliche Abstrahlwinkel von dem Antennen-Array ergeben. Aufgrund der Mischung von Summensignal f0 + fS und Differenzsignal f0 - fS in den zweiten Mischern ergibt sich eine Verdopplung der abgestrahlten Übertragungsfrequenz zu 2f0, wogegen die Mischung zu einer Aufhebung der in den beiden Signalen enthaltenen Steuerfrequenz fS führt. Trotz Variation des Steuersignals fS bleibt das Übertragungssignal folglich auf der konstanten doppelten Frequenz des ersten Oszillators. Da das von der Verzögerungsleitungsanordnung verarbeitete Signal f0 - fS eine Frequenz hat, die sich nicht wesentlich von der Übertragungsfrequenz f0 unterscheidet, muß die Verzögerungsleitungsanordnung für das Erzeugen einer genau definierten Phasenverschiebung bei dieser hohen Frequenz geeignet sein, was einen verhältnismäßig hohen gerätetechnischen Aufwand mit sich bringt. From US Pat. No. 3,766,558 an array antenna arrangement is known, which is intended to deflect a radar beam electronically in a desired direction, which can be done in one or two planes. In a scanning arrangement, which is provided for scanning in the horizontal plane, a first oscillator for generating a transmission frequency f 0 and a second oscillator for generating a control frequency f S for the alignment of the antenna pattern are provided. The output signals f 0 and f S of the two oscillators are combined in a mixer to sum or difference signals f 0 + f S and f 0 - f S. The sum signal f 0 + f S to first inputs of respective in feed networks of the individual antennas of the antenna array's supplied mixers contained, whereas the difference signal f 0 - f S of respective taps at various points of a delay line assembly second inputs of said mixer is supplied. While the output of the first oscillator remains fixed in frequency, the second oscillator generates a control signal over a predetermined range. By the delay line arrangement, a respective phase shift is generated at the individual taps so that result in a change in the control frequency of the second oscillator different radiation angles of the antenna array. Due to the mixture of sum signal f 0 + f S and difference signal f 0 - f S in the second mixers results in a doubling of the radiated transmission frequency to 2f 0, the mixture while in a lifting of the driving frequency included in the two signals f S results. Despite variation of the control signal f S , the transmission signal consequently remains at the constant double frequency of the first oscillator. Since the signal f 0 -f S processed by the delay line arrangement has a frequency which is not substantially different from the transmission frequency f 0 , the delay line arrangement must be suitable for generating a well-defined phase shift at this high frequency, which requires relatively high equipment expense brings with it.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, mit der eine Nutzdaten-Übertragung zwischen Flugzeugen während Flugmanövern und eine schnelle Nachführung von Antennen-Diagrammen in der Elevationsrichtung bei geringem funktionalem und gerätetechnischem Aufwand möglich ist.The invention has for its object to provide a device with a payload data transmission between aircraft during maneuvers and a fast tracking of Antenna diagrams in the elevation direction with low functional and device-technical effort is possible.
Ein Vorteil der Erfindung ist, daß die Datenübertragung unabhängig vom Winkel, unter dem sich die miteinander kommunizierenden Flugzeuge zueinander befinden, bei konstanter TrägerFrequenz erfolgen kann. Ein weiterer Vorteil ist, daß die Phasenverschiebung, die zur Ausrichtung der Antennen-Diagramme der beteiligten Teil-Antennen erforderlich ist, auf niedrigen Frequenzen erzeugt wird, so daß mit dem Einsatz verhältnismäßig preisgünstiger Bauteile für die Sende- und Empfangseinrichtungen ohne Aufwand eine hohe Stabilität der Nachführung erreicht werden kann. An advantage of the invention is that the data transmission is independent of the angle under which the communicating aircraft are at a constant carrier frequency can be done. Another advantage is that the phase shift that leads to Alignment of the antenna diagrams of the involved sub-antennas is required low frequencies is generated, so that with the use of relatively less expensive Components for the transmitting and receiving devices without effort a high stability of Tracking can be achieved.
Der verbleibende kritische Teil der Schaltung im hohem Frequenzbereich ist weitgehend unproblematisch hinsichtlich der Übertragungs-Qualität, da sich die Antennen-Baugruppe mit den Funktionen zur Erzeugung und Nachführung der Antennen-Diagramme in unmittelbarer Nähe des Antennen-Einspeise-punkts befindet und sich auf kleinsten Raum erstreckt. Somit sind die Zuleitungen äußerst kurz, daher für Phasenänderungen unempfindlich und praktisch dämpfungsfrei.The remaining critical part of the circuit in the high frequency range is broad unproblematic in terms of transmission quality, since the antenna assembly with the functions for generating and tracking the antenna diagrams in the immediate vicinity of the antenna feed point and extends in the smallest space. Thus, the Feeders extremely short, therefore insensitive and practical for phase changes lossless.
Ein weiterer Vorteil besteht in der Tatsache, daß für den Sendeteil keine teuere Endstufe mit hoher Leistung benötigt wird, sondern eine Anzahl kleiner preisgünstiger parallel geschalteter Sende-Verstärker geringer Leistung verwendet werden. Durch diese Parallelschaltung von mehreren Sende-Endstufen oder Antennen-Baugruppen erhöht sich zudem die Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.Another advantage is the fact that for the transmitting part no expensive power amplifier with high power is needed, but a number of small inexpensive parallel connected Low-power transmit amplifiers are used. Through this parallel connection of In addition, the reliability increases with several transmit power amplifiers or antenna modules the device according to the invention.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Alternative Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved with the features of the main claim. alternative Embodiments are given in the subclaims.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Figuren 1, 2 und 3 beschrieben, die zeigen:
- Fig. 1
- ein Blockschaltbild, das schematisch den funktionalen Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung zur Erzeugung und Nachführung eines Antennen-Diagramms darstellt,
- Fig. 2
- ein Beispiel für die Gestalt eines von der Anordnung erzeugten Antennen-Diagramms in verschiedenen Diagramm-Schwenkpositionen und
- Fig. 3
- die Anordnung eines möglichen Antennenarrays in einer gemeinsamen Einheit.
- Fig. 1
- 1 is a block diagram which schematically illustrates the functional structure of the arrangement according to the invention for generating and tracking an antenna diagram;
- Fig. 2
- an example of the shape of a generated by the array antenna diagram in different diagram pivot positions and
- Fig. 3
- the arrangement of a possible antenna array in a common unit.
Das in Fig. 1 gezeigte Blockschaltbild zeigt die erfindungsgemäße Anordnung 1 zur Erzeugung
und Nachführung von Antennen-Diagrammen mit einer Systemsteuerung 3, einem Modulator 5,
einem Demodulator 6 und einer Oszillatoreinheit 7, umfassend einen ersten 8 und einen zweiten
9 Oszillator, die zweckmäßigerweise zusammen in einem Modul ausgebildet sind. Diese speisen
Netzwerke oder-Baugruppen 11, 12, 13, 14 , 15, die einen Sendezweig 21 und einen
Empfangszweig 22 umfassen. The block diagram shown in Fig. 1 shows the
Jeder Sendezweig 21 steht über eine Leitung 23 mit dem Modulator 5 und jeder Empfangszweig
22 mit einer Leitung 24 mit dem Demodulator 6 in Verbindung. Sowohl der erste Oszillator 8 als
auch der zweite Oszillator 9 sind mit der Systemsteuerung 3 verbunden, über die die Anordnung
der Figur 1 mit anderen Flugzeugsystemen, insbesondere dem Lagereferenzsystem 25 des
Flugzeugs verbunden ist. Der Modulator 5 dient dazu, hochfrequente Signale mit Nutzdaten zu
beaufschlagen. Dementsprechend setzt der Demodulator 6 empfangene modulierte
hochfrequente Signale in digitale Signale (Nutzdaten) um, die dann weiterverarbeitet werden
können.Each transmitting branch 21 is connected via a
Jeder Sendezweig 21 weist auf der Seite des Modulators 5 einen ersten Mischer 31 auf, der von
dem ersten Oszillator 8 empfangene hochfrequente Signale mit den vom Modulator 5
kommenden Signalen mischt. Dadurch wird das vom Modulator 5 kommende Signal, das eine
Zwischenfrequenz darstellt, in ein Signal mit einer um die Ausrichtungsfrequenz
unterschiedlichen Frequenz umgesetzt. Von dem Modulator 5 aus gesehen ist dem ersten
Mischer 31 eine Verzögerungsleitung 33a nachgeschaltet, die das Signal durch die Sende-Ausrichtungsfrequenz
mit einer Phasenverschiebung beaufschlagt und das zu einem zweiten
Mischer 35 geführt wird. Der zweite Mischer 35 mischt das von der Verzögerungsleitung 33a
kommende Signal mit dem von dem zweiten Oszillator 9 erzeugten Signal. Dadurch wird das von
der Verzögerungsleitung 33a kommende Signal in ein Signal mit der Sende-Übertragungsfrequenz
umgesetzt. Dieses Signal wird zu einem Sende-Endverstärker oder einer Sende-Endstufe
37 geführt, das mit einer Sendeantenne 39 in Verbindung steht. Vorzugsweise sind die
Sendezweige 21 hardwaremäßig auf einer Antennen-Baugruppe, also z.B. auf einer Platine
integriert.Each transmitting branch 21 has on the side of the modulator 5, a first mixer 31, which of
the first oscillator 8 received high-frequency signals with those of the modulator. 5
coming signals mixed. Thereby, the signal coming from the modulator 5, which is a
Intermediate frequency represents a signal with one around the alignment frequency
implemented different frequency. Seen from the modulator 5 is the first
Mixer 31 is followed by a delay line 33a, the signal by the transmission alignment frequency
subjected to a phase shift and that to a second
Mixer 35 is guided. The second mixer 35 mixes it with the delay line 33a
incoming signal with the signal generated by the second oscillator 9. This will do that by
the delay line 33a signal in a signal with the transmission transmission frequency
implemented. This signal becomes a transmitting power amplifier or a transmitting power amplifier
37, which is in communication with a transmitting
In ähnlicher Weise umfaßt der Empfangszweig 22 eine Empfangsantenne 49 und weiterhin von
dieser aus gesehen einen Empfangsverstärker 47, einen ersten Mischer 45, eine
Verzögerungsleitung 43a, 43b, 43c, 43d, 43e und einen zweiten Mischer 41 auf. Dabei ist der
erste Mischer 45 mit dem zweiten Oszillator 9 und der zweite Mischer 41 mit dem ersten
Oszillator 8 verbunden. Auf diese Weise wird das von der Empfangsantenne 49 kommende
Signal mit der Empfangs-Übertragungsfrequenz mit dem vom zweiten Oszillator 9 erzeugten
Signal gemischt und zu einem Signal mit einer Sende-Ausrichtungs-Frequenz verändert. Dieses
Signal wird durch die Verzögerungsleitung 43a, 43b, 43c, 43d, 43e mit einer
Phasenverschiebung beaufschlagt, dem zweiten Mischer 41 zugeführt und durch diesen mit
einem von dem ersten Oszillator 8 kommenden Signal gemischt, so daß das Signal eine
konstante Sende-Zwischenfrequenz erhält. Der Schalter 8b und der Schalter 9b , die durch die
Systemsteuerung geschaltet werden, sorgen dafür, daß für die Sendephase die Mischer 31 bzw.
35 des Sendezweigs und für die Empfangsphase die Mischer 41 bzw. 45 des Empfangszweigs
mit Oszillatorsignalen versorgt werden.Similarly, the
Die Empfangs-Übertragungsfrequenz ist dabei vorzugsweise gleich der Sende-Übertragungsfrequenz und liegt beispielsweise im Bereich von 10 GHz. Die Sende-Ausrichtungsfrequenz bzw. die Empfangs-Ausrichtungsfrequenz ist jedoch geringer als die Sende-Übertragungsfrequenz bzw. die Empfangs-Übertragungsfrequenz, die beide vorzugsweise im Bereich von 1 GHz liegen.The receive transmission frequency is preferably equal to the transmission transmission frequency and is for example in the range of 10 GHz. The transmit alignment frequency however, the receive alignment frequency is less than that Transmission transmission frequency or the reception transmission frequency, both preferably in the range of 1 GHz.
In der Ausrichtungsanordnung 1 sind parallel zum beschriebenen Antennen-Netzwerk 11 weitere
Antennen-Netzwerke 12, 13, 14, 15 angeordnet. Diese weisen im wesentlichen dieselben
Komponenten wie das beschriebene Antennen-Netzwerk 11 auf. In entsprechender Weise
wurden Bauteile mit derselben Funktion in den verschiedenen parallel zueinander arbeitenden
Antennen-Netzwerken mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Antennen-Netzwerke 12, 13,
14, 15 weisen also in ihrem Sendezweig 21 jeweils einen ersten Mischer 31, einen zweiten
Mischer 35, einen Sende-Endverstärker oder Sende-Endstufe 37 und eine Sendeantenne 39 und
in ihrem Empfangszweig 22 jeweils einen ersten Mischer 45, einen zweiten Mischer 41, einen
Empfangsverstärker 47 und eine Empfangsantenne 49 auf.In the
Die Verzögerungsleitungen 33a, 33b, 33c, 33d, 33e bzw. 43a, 43b, 43c, 43d, 43e im jeweiligen
Antennen-Netzwerk 11, 12, 13, 14, 15 weisen jedoch verschiedene Längen auf. Die Längen der
Verzögerungsleitungen sind so vorgesehen, daß in der Mittenstellung oder einer anderen
definierten Stellung des Antennen-Diagramms einer Antenne bzw. eines Antennen-Netzwerks
11, 12, 13, 14, 15 die in den Verzögerungsleitungen bewirkten Phasenlagen sich relativ
zueinander um ein Vielfaches der Wellenlänge unterscheiden. So weist das Antennen-Netzwerk
12 in seinem Sendezweig 21 eine Verzögerungsleitung 33b und in seinem Empfangszweig 22
eine Verzögerungsleitung 43b auf. Analog sind im Antennen-Netzwerk 13 die
Verzögerungsleitungen 33c bzw. 43c, im Antennen-Netzwerk 14 die Verzögerungsleitungen 33d
bzw. 43d und im Antennen-Netzwerk 15 die Verzögerungsleitungen 33e bzw. 43e vorgesehen.
Dabei sind die Verzögerungsleitungen 33b und 43b so beschaffen, daß in ihnen eine
Phasenverschiebung auftritt, die sich um mindestens eine Wellenlänge von der in den
Verzögerungsleitungen 33a bzw. 43a auftretenden Phasenverschiebungen unterscheidet. Im
Vergleich zu den in der Verzögerungsleitung 33a oder 43a auftretenden Phasenverschiebungen
tritt in den Verzögerungsleitungen 33c bzw. 43c eine um die mindestens zweifache Wellenlänge
größere Phasenverschiebung, in den Verzögerungsleitungen 33d bzw. 43d eine um die
mindestens dreifache Wellenlänge größere Phasenverschiebung und in den
Verzögerungsleitungen 33e bzw. 43e eine um die mindestens vierfache Wellenlänge größere
Phasenverschiebung auf. Durch die in den Verzögerungsleitungen der verschiedenen Antennen-Netzwerke
11, 12, 13, 14, 15 auftretenden, voneinander unterschiedlichen
Phasenverzögerungen wird erreicht, daß das jeweilige Antennen-Diagramm der Sende-Antennen
39 bzw. der Empfangs-Antennen 49 in einem bestimmten Winkel zu einer Referenz- oder
Nullstellung ausgerichtet ist, so daß die Abstrahlung immer in horizontaler Richtung erfolgt.
Wegen der relativ großen Entfernung der Gegenstelle im Vergleich zu den Höhenunterschieden
der jeweils kommunizierenden Flugzeuge ist eine Korrektur aufgrund unterschiedlicher Höhen
der Flugzeuge nicht erforderlich. Dabei wird unter der horizontalen Richtung eine Richtung
verstanden, die parallel zur Erdoberfläche verläuft. Die Ausrichtung bzw. Veränderung der
Antennen-Diagramme erfolgt durch die vektorielle Addition der einzelnen Signale jeder SendeAntenne
39 bzw. jeder Empfangs-Antenne 49, so daß sich in entsprechender Weise die SignalPegel
der verschiedenen Antennen-Netzwerke 11, 12, 13, 14, 15 beim Empfang bzw. Senden in
einer bestimmten Sende- bzw. Empfangs-Richtung vektoriell auf-addieren. Da die
Phasenverschiebung in den verschiedenen Antennen-Netzwerken 11, 12, 13, 14, 15 durch die
unterschiedlich langen Verzögerungsleitungen 33a, 33b, 33c, 33d, 33e bzw. 43a, 43b, 43c, 43d,
43e im Zusammenwirken mit der vom ersten Oszillator 8 erzeugten Speisefrequenzen bewirkt
wird, kann durch die Veränderung dieser Speisefrequenzen des ersten Oszillators 8, die über den
jeweils ersten Mischer 31 mit dem vom Modulator 5 kommenden Signal überlagert werden, die
Ausbildung der Hauptstrahlrichtung der Antenne in einer definierten Richtung bewirkt werden.
Diese Richtung ist die Richtung zum Flugzeug, das die zu sendenden Nutzdaten bzw. Signale
empfangen soll.The delay lines 33a, 33b, 33c, 33d, 33e and 43a, 43b, 43c, 43d, 43e in the
Bei der Veränderung der relativen Lage der beiden miteinander kommunizierenden Flugzeuge aufgrund von Flugmanövern wird der sich jeweils ergebende Sollwinkel der Antennen-Hauptstrahlrichtung durch die Systemsteuerung 3 oder durch ein diesem zugeordneten System ermittelt und daraus die Frequenz des ersten Oszillators 8 so verändert, daß eine Ausrichtung der Antennen-Hauptstrahlrichtung in der durch den Sollwinkel gegebenen Sollrichtung bewirkt wird. Der Sollwinkel wird dabei vorzugsweise durch das Flugzeug-Referenzsystem, z.B. das Inertialsystem, ermittelt und mit dem Azimuthwinkel zur Gegenstelle in den Elevationswinkel umgerechnet.In changing the relative position of the two communicating aircraft Due to flight maneuvers, the respectively resulting target angle of the antenna main beam direction by the system controller 3 or by a system associated therewith determined and from the frequency of the first oscillator 8 changed so that an alignment causes the antenna main beam direction in the given by the desired angle desired direction becomes. The desired angle is preferably determined by the aircraft reference system, e.g. the Inertialsystem, determined and with the azimuth angle to the remote site in the elevation angle converted.
Der zweite Oszillator 9 im Sendeteil 21 bewirkt, daß das aus der jeweiligen Verzögerungsleitung
33a, 33b, 33c, 33d, 33e kommende Signal letztendlich auf die konstante Sende-Übertragungsfrequenz
umgesetzt wird. Die vom ersten Oszillator 8 über den jeweils ersten
Mischer 31 zur Ausrichtung der jeweiligen Antennen-Diagramme eingebrachte Frequenz-Abweichung
wird also durch die Subtraktion einer gleichen Frequenz-Abweichung durch den
zweiten Oszillator 9 und den jeweils zweiten Mischer 35 eliminiert. Auf diese Weise senden die
jeweiligen Sende-Antennen 39 die betreffenden Daten mit derselben Übertragungsfrequenz,
unabhängig von der Ausrichtung der zu den jeweiligen Sende-Antennen 39 gehörenden
Antennen-Diagramme. Dabei bestimmt die vom zweiten Oszillator 9 eingebrachte Grundfrequenz
im wesentlichen die Sende-Übertragungsfrequenz der Sende-Antennen 39, da die Frequenz des
zweiten Oszillators 9 groß gegenüber der Frequenz des ersten Oszillators 8 und der Frequenz
des vom Modulator 5 kommenden Signals 23 ist. Bei der Mischung der entsprechenden Signale
durch die Mischer 31, 35 im Sendeteil 21 sind die Schalter 8b, 9b so einzustellen, daß die
Signale des ersten Oszillators 8 zu dem zugeordneten ersten Mischer 31 bzw. die Signale des
zweiten Oszillators 9 zu dem jeweils zugeschalteten zweiten Mischer 35 gelangen.The second oscillator 9 in the transmitting part 21 causes that from the respective delay line
33a, 33b, 33c, 33d, 33e, the signal finally reaches the constant transmission transmission frequency
is implemented. From the first oscillator 8 on the respective first
Mixer 31 introduced to align the respective antenna diagrams frequency deviation
Thus, by subtracting a same frequency deviation by the
second oscillator 9 and the respective second mixer 35 is eliminated. In this way send the
respective transmit
Im Empfangsbetrieb findet eine Überlagerung der im jeweiligen Empfangsteil 22 auftretenden
Empfangssignale zum einen über den zweiten Oszillator 9 und des diesem jeweils zugeordneten
ersten Mischer 45 sowie über den ersten Oszillator 8 in Verbindung mit dem diesen
zugeordneten zweiten Mischer 41 statt. Hierzu sind die Schalter 8b, 9b so einzustellen, daß die
Signale des ersten Oszillators 8 zu den zugeordneten zweiten Mischern 41 bzw. die Signale des
zweiten Oszillators 9 zu den jeweils zugeschalteten ersten Mischern 45 gelangen. Die Wirkung
der in die jeweiligen Empfangszweige 22 über den ersten 8 und zweiten Oszillator 9
eingebrachten Phasenverschiebungen ist umgekehrt zu der in den jeweiligen Sendezweigen 21
vorgesehenen Wirkungsweise. Das von der Empfangs-Antenne 49 kommende und vom
Empfangsverstärker 47 verstärkte Signal wird mittels des zweiten Oszillators 9 bei einer
entsprechenden Stellung des Schalters 9b und mittels des jeweiligen ersten Mischers 45 mit
einem Signal überlagert, das sich aus einer Grundfrequenz und einer für die Diagramm-Schwenkung
erforderlichen variablen Frequenz bildet. Dadurch entsteht ein Signal mit einer
Empfangs-Ausrichtungsfrequenz, das durch den zweiten Mischer 41 auf eine Zwischen-Frequenz
gebracht wird. Das Signal mit der Zwischen-Frequenz wird über die Leitung 24 dem Demodulator
6 zugeführt. Durch die vektorielle Addition der nach der zweimaligen Mischung erhaltenen
Empfangssignale 24 entsteht wie beim Sendefall durch unterschiedliche Phasenverschiebung die
Diagrammschwenkung. Von den Empfangs-Antennen 49 aus gesehen werden die Signale hinter
den jeweiligen ersten Mischern 45 über die Verzögerungsleitungen 43a, 43b, 43c, 43d, 43e
geführt, um die durch diese Verzögerungsleitungen entstehende Phasenverzögerung in eine
Diagramm-Änderung umzuwandeln, die den Empfang von Signalen der Gegenstelle aus der
horizontalen Richtung bewerkstelligen, d.h. aus einer im wesentlichen parallel zur Erdoberfläche
verlaufenden Richtung. Wie für den Sendefall wird durch die zweimalige Mischung im ersten
Mischer 45 und im zweiten Mischer 41 die Empfangsfrequenz auf die in der Leitung 24
vorliegende konstante Zwischen-Frequenz umgesetzt und dem Demodulator 6 zugeführt.In the receiving operation, a superposition of the occurring in the respective receiving
Die Systemsteuerung 3 berechnet den Elevationswinkel aus den Lagewinkeln, d.h. den Roll-,
Nick- und Azimuth-Winkeln, und setzt diese in die erforderliche Frequenzablage zur Erzeugung
der zusammen mit den Verzögerungsleitungen 33a, 33b, 33c, 33d, 33e bzw. 43a, 43b, 43c, 43d,
43e bewirkten Phasenverschiebungen bei der ebenfalls bewirkten Sende- bzw. Empfangs-Ausrichtungs-frequenz
um, indem sie die Ansteuersignale für den ersten Oszillator 8 bzw. den
zweiten Oszillator 9 erzeugt. Die Phasenverschiebungen, die zwischen den Antennen-Netzwerken
auftreten, sind so vorgesehen, daß sich für das Senden bzw. das Empfangen eine
Antennen-Hauptstrahlrichtung der Ausrichtungs-Anordnung 1 ergibt, die einen Sollwinkel relativ
zu einer flugzeugfesten Bezugsachse hat, d.h. bei jeder Fluglage zur Gegenstelle ausgerichtet ist.
Die dazu in jedem Antennen-Netzwerk vorzusehende Phasenverschiebung hängt dabei von den
Abständen zwischen den jeweiligen Sende 39 - bzw. den jeweiligen Empfangs 49 - Antennen
der Antennen-Netzwerke 11, 12, 13, 14, 15 ab. Diese sind vorzugsweise gleich groß. Sind diese
unterschiedlich, ermitteln sich die erforderlichen Phasenlagen zur Erzeugung oder Bildung und
Ausrichtung der Antennen-Hauptstrahlrichtung nach bekannten Algorithmen.The system controller 3 calculates the elevation angle from the attitude angles, i. the roll,
Pitch and azimuth angles, and places them in the required frequency offset for generation
together with the delay lines 33a, 33b, 33c, 33d, 33e and 43a, 43b, 43c, 43d,
43e caused phase shifts in the also effected transmit or receive alignment frequency
um, by the drive signals for the first oscillator 8 and the
second oscillator 9 is generated. The phase shifts that occur between the antenna networks
occur are provided so that for sending or receiving a
Antenna main beam direction of the
Durch die zweiten Mischer 35 im jeweiligen Sendezweig 21 und die ersten Mischer 45 im
jeweiligen Empfangszweig 22 wird erreicht, daß die End-Frequenz oder Übertragungs-Frequenz
konstant bleibt, auch wenn sich die Ausrichtung der Antennen-Hauptstrahlrichtung ändert. In der
Figur 2 ist beispielhaft eine Antennen-Hauptstrahlrichtung 70 dargestellt. Mit Hilfe der
beschriebenen Vorrichtung kann diese in andere Schwenkpositionen 71, 72, 73, 74, 75, 76
bewegt werden. By the second mixer 35 in the respective transmission branch 21 and the first mixer 45 in
respective receiving
Weiterhin ist die Systemsteuerung 3 dazu vorgesehen, die Steuersignale zur Umschaltung von Senden auf Empfangen und umgekehrt sowie Ein- und Ausschaltsignale für Verstärkerbausteine (nicht gezeigt) zu erzeugen. Außerdem kann vorgesehen sein, daß die Systemsteuerung 3 die Sende- bzw. Empfangs-Frequenzwahl durch Festlegung bzw. Veränderung der vom zweiten Oszillator 9 erzeugten Grundfrequenz steuert.Furthermore, the system controller 3 is provided, the control signals for switching from Send to receive and vice versa as well as on and off signals for amplifier modules (not shown) to produce. In addition, it can be provided that the system controller 3 the Transmission or reception frequency selection by definition or change of the second Oscillator 9 generates fundamental frequency controls.
Mit Hilfe der Schalter 8b bzw. 9b wird zwischen den Betriebsarten Senden und Empfangen
umgeschaltet. Alternativ dazu kann jedoch, wenn für Senden und Empfangen unterschiedliche
Frequenen benutzt werden (frequency diversity) auch ein paralleles Senden und Empfangen
vorgesehen sein. Dabei können dann zwei erste 8 bzw. zweite 9 Oszillatoren vorgesehen sein.With the help of the
Der Modulator 5 und der Demodulator 6 kann die zu sendenden bzw. empfangenen Daten für
alle gebräuchlichen Modulationsarten, wie beispielsweise AM (Amplituden-Modulation), FM
(Frequenz-Modulation), PM (Phasen-Modulation) oder Spread Spectrum, umsetzen.The modulator 5 and the
Die gesamte Schaltung der Antennen-Netzwerke 11, 12, 13, 14, 15, möglicherweise auch
einschließlich der Antennen 39, 49 ist zweckmäßigerweise auf einer gemeinsamen oder
wenigstens pro Sende- oder Empfangszweig gemeinsamen Leiterplatte 80 (Figur 3)
untergebracht, die als Multilayer ausgeführt sein kann. Weiterhin können auch die Sende-Antennen
39 und Empfangs-Antennen 49 auf dieser gemeinsamen Platte untergebracht sein,
wobei die Antennen dann z.B. Patch- oder Schlitzantennen sein können und die aktiven Bauteile
in SMD- oder Chip-Technik ausgeführt sind.The entire circuit of the
Dadurch, daß für jede Antenne ein Sende- bzw. Empfangs- Netzwerk und/oder Vorverstärkereingangsstufe vorhanden ist, ist die Ausfallsicherheit der Ausrichtungsanordnung 1 hoch. Vor allem wird diese mit geringem funktionalem Geräte-Aufwand erreicht.Characterized in that for each antenna, a transmitting or receiving network and / or Pre-amplifier input stage is present, the reliability of the alignment assembly. 1 high. Above all, this is achieved with low functional equipment expense.
Durch das zweimalige Mischen der Abstrahlungs- bzw. Empfangsfrequenz mit den durch den
ersten 8 und zweiten Oszillator 9 erzeugten Signale wird erreicht, daß die Phasenverschiebung in
einem leicht beherrschbaren tieferen Frequenzbereich und somit bei geringerer Leistung erfolgt.
Da sich die Antennen-Netzwerke 11, 12, 13, 14, 15 direkt am Einspeisepunkt der jeweiligen
Sende- 39 bzw. Empfangs- 49 Antenne befinden, sind die Zuleitungen äußerst kurz und somit für
Phasenänderungen unempfindlich und praktisch dämpfungsfrei. Ein weiterer Vorteil besteht
darin, daß für die Sendezweige 21 keine teueren Endstufen mit hoher Leistung benötigt werden,
sondern nur eine Anzahl kleiner, parallel geschalteter und preiswerter Verstärkerbausteine
verwendet werden. Durch diese Parallelschaltung von mehreren Antennen-Netzwerken wird die
Ausfallsicherheit erhöht. Dadurch können mit geringem Aufwand die herrschenden
Anforderungen leicht erreicht werden.By mixing the radiation or reception frequency twice with that through the
first 8 and second oscillator 9 generated signals is achieved that the phase shift in
an easily controllable lower frequency range and thus at lower power.
Since the
In einer weiteren Ausführungsform können die Sende- 39 und Empfangs-Antennen 49 Teile der
Flugzeugstruktur sein. Bei Flugzeugen ergibt sich durch diese Anordnung insbesondere der
Vorteil, daß sich der Radar-Rückstreu-querschnitt und die aerodynamischen Verhältnisse nicht
oder nur verhältnismäßig gering verändern.In a further embodiment, the transmitting and receiving
In einer weiteren Ausführungsform kann jedes Antennenfeld der Antennen-Netzwerke 11, 12,
13, 14, 15 für den Sende- (21) und den Empfangszweig (22) auch mit nur einem Antennenfeld
realisiert sein. Einem solchen Antennenfeld müßte dann je Antenne ein entsprechender
Umschalter oder ein Zirkulator zugeordnet sein, um diese Antennen für den Fall des Sendens die
entsprechenden Funktionen des Sendezweigs 21 und für den Fall des Empfangs die
entsprechenden Funktionen des Empfangszweigs 22 zuzuordnen.In a further embodiment, each antenna field of the
Die Antennen-Netzwerke oder-Baugruppen 11, 12, 13, 14, 15 können in Flugzeug-Strukturteilen
integriert sein.The antenna networks or
Claims (5)
- Device for generating an antenna diagram for the purpose of a broadband data transmission between aircraft on a specified transmission frequency and for tracking the antenna diagram in the elevation direction during flight manoeuvres, comprisinga) an array antenna that is formed from a plurality of antennae (39, 49) having assigned feed networks (11, 12, 13, 14, 15) each comprising a transmitting and receiving branch (21, 22),b) an oscillator arrangement comprising a first oscillator for generating an alignment frequency that is adjustable with respect to a specified centre frequency by a specified first frequency deviation in a lower frequency range compared with the transmission frequency and a second oscillator for generating the transmission frequency for the data transmission,c) mixer arrangements (31, 35, 41, 45) provided in each of the feed networks (11, 12, 13, 14, 15) for mixing signals generated by the oscillator arrangement (8, 9) and including the first frequency deviation with signals generated by the oscillator arrangement (8, 9), phase-delayed in each case by means of delay-line arrangements (33a, 43a, 33b, 43b, 33c, 43c, 33d, 43d, 33e, 43e) for the purpose of the desired tracking of the antenna diagram and including a second frequency deviation that compensates for the first frequency deviation,
characterized in thatd) the mixer arrangements (31, 35, 41, 45) provided in the feed networks (11, 12, 13, 14, 15) each comprise, in the feed lines to the individual antennae, a first mixer (31, 45) and a second mixer (35, 41) one downstream of the other in the signal-processing direction and the delay-line arrangements (33a, 43a, 33b, 43b, 33c, 43c, 33d, 43d, 33e, 43e) each comprise delay lines (33a, 43a, 33b, 43b, 33c, 43c, 33d, 43d, 33e, 43e), provided between the first mixer (31, 45) and the second mixer (35, 41) of each feed network (11, 12, 13, 14, 15), for delaying the lower alignment frequency of the first oscillator (8), which delay lines differ for adjacent antennae by at least one or by in each case a multiple of one wavelength for the specified centre frequency of the first oscillator (8),e) the second oscillator (9) generates the higher transmission frequency with the second frequency deviation that compensates for the first frequency deviation contained in the lower alignment frequency, andf) a control device (3) is provided for generating a control signal, calculated from the orientation angles of the aircraft, for tracking the antenna diagram, andg) the first oscillator (8) is coupled to the first mixer (31) in the transmitting branch (21) and to the second mixer (41) in the receiving branch and the second oscillator (9) is coupled to the second mixer 35) in the transmitting branch (21) and to the first mixer (45) in the receiving branch (22). - Device according to Claim 1, characterized in that the antennae (39, 49) of the transmitting branch 21) and of the receiving branch (22) are replaced in each case by a common antenna that is connected to the other feed networks (11, 12, 13, 14, 15) by a switch or a circulator.
- Device according to Claim 1 or 2, characterized in that the feed networks (11, 12, 13, 14, 15) form two units as a result of integration of the transmitting branches (21) and the receiving branches (22) on a total of two printed circuit boards.
- Device according to Claim 1 or 2, characterized in that the feed networks (11, 12, 13, 14, 15) form a single unit as a result of integration on a printed circuit board.
- Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the antenna networks (11, 12, 13, 14, 15) are integrated in aircraft structural parts.
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EP1005105A3 EP1005105A3 (en) | 2002-01-02 |
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