DE1591633C3 - Radar-Rund suchantenne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Radar-Rundsuchantenne, bestehend aus einer Luneberg-Kugellinse und einem Erregersystem, das dicht über der Kugeloberfläche azimutal um den vertikalen Durchmesser der Kugellinse rotiert.

Eine Antenne dieser Art ist z. B. aus »ELECTRONIC INDUSTRIES« November 1963, S. 100 und 101 bekannt und nutzt bei Radar-Rundsuchbetrieb zur azimutalen Raumabtastung die physikalische Eigenschaft der Luneberg-Kugellinse aus, daß die aus beliebigen Richtungen einfallenden Mikrowellen auf der der jeweiligen Einfallstelle gegenüberliegenden Seite der Kugeloberfläche fokussiert werden, so daß mittels eines um den vertikalen Kugeldurchmesser dicht über der Kugeloberfläche azimutal rotierenden Erregersystems Radarsingale im Rundsuchbetrieb periodisch in alle Azimute aussendbar und aus allen Azimuten empfangbar sind. Nähere Einzelheiten über den Aufbau und die Wirkungsweise von Luneberg-Linsenantennen verschiedener Modifikationen sind beispielweise im »Antenna Engineering Handbook« von Jasik (McGraw-Hill, 1961, S. 15-3 und 15-4) beschrieben.

Eine zur Luftraumüberwachung und bei der bodenseitigen kontrollierten Blindlandung von Luftfahrzeugen häufig benutztes Verfahren besteht darin, daß eine Radar-Rundsuchanlage mit einer Radar-Präzisionsanfluganlage auf dem Gelände eines Flughafens räumlich kombiniert ist, wobei die Rundsuchanlage zur Überwachung eines weiteren Gebietes um den Flughafen und die Präzisionsanfluganlage zum Verfolgen des jeweils landenden Luftfahrzeuges durch den Flugsicherungslotsen in der Flugsicherungszentrale auf dem Flughafen eingesetzt wird. Die Rundsuchantenne besteht hierbei üblicherweise aus einer über den gesamten Azimutbereich mit kontinuierlicher Geschwindigkeit schwenkbaren Parabolantenne, während die Antenne der Präzisionsanfluganlage zur Zielverfolgung aus zwei auf einem gemeinsamen Antennendrehgestell montierten Parabolantennen besteht, die über einen kleineren Winkelbereich, der die nähere Umgebung der Einflugbahn dreidimensional erfaßt, in zueinander rechtwink-Hg stehenden Ebenen schwenkbar sind.

Weiterhin sind beispielsweise durch die deutsche Patentschrift 11 03 998 synchron miteinander schwenkbare, mechanisch kombinierte Richtantennen bekannt. Diese Antennen bestehen beispielsweise einerseits aus einer im Azimut schwenkbaren Parabolantenne, die als Radar-Rundsuchantenne einsetzbar ist, und andererseits aus einer auf dem oberen Rand des Parabolspiegels dieser Parabolantenne befestigten weiteren Richtantenne mit gleicher Hauptstrahlungsrichtung und der Möglichkeit ihrer Verwendung als Abfrageantenne zum Identifizieren der durch die Rundsuchantenne erfaßten Radarziele, sowiet dieselben mit Kennungsgebern (Transpondern) ausgerüstet sind, die auf die Abfragesignale der Abfrageantenne das zugeordnete Radarziel indentifizierende vorgegebene Kennungssignale als Antwort ausstrahlen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radarantenne anzugeben, die bei möglichst geringen baulichen Abmessungen die zwei Funktionen einer Radar-Rundsuchantenne und einer Radar-Zielverfolgungsantenne in sich vereinigt, wobei der Rundsuchbetrieb möglichst unabhängig vom Zielverfolgungsbetrieb durchführbar sein soll. Die bei der Raumabtastung durch die Rundsuchantenne und die Zielverfolgungsantenne zu schwenkenden mechanischen Massen sollen hierbei im Vergleich zu denjenigen, die bei den eingangs als bekannt bezeichneten Systemen zum Abtasten gleicher Raumsektoren erforderlich sind, möglichst gering bleiben, um die Antriebsmittel für die Schwenkung mit möglichst geringem Aufwand zu erstellen zu können.

Die Erfindung besteht bei der Radar-Rundsuchantenne der eingangs genannten Art darin, daß zusätzlich zu dem im folgenden »erstes Erregersystem« genannten, um die Kugelvertikalachse rotierbaren Erregersystem ein zweites, für eine Zielverfolgung geeignetes Erregersystem in größerem gleichbleibenden Abstand über der Kugellinsenoberfläche bewegbar ist, dessen Primärdiagramm durch eine Fokussiereinrichtung auf die Oberfläche der Luneberglinse fokussiert ist.

Als Erregersysteme der erfindungsgemäßen Antenne verwendet man vorteilhaft Hornstrahler, Schlitzstrahler oder ähnliches.

Der für Rundsuchbetrieb benutzte Hornstrahler (»erstes Erregersystem«) ist bei einer Ausführungsform der Erfindung in an sich bekannter Weise durch Hinzufügen einer Mehrzahl weiterer Hornstrahler in der EIevationsebene zu einer Antennenzeiie erweitert, deren Einzelstrahler einander benachbarte oder teilweise überlappende Richtdiagramme erzeugen und eine dreidimensionale Raumabtastung ermöglichen. Zweckmäßigerweise wird diese Antennenzeiie in der Elevationsebene zusätzlich schwenkbar ausgeführt.

Das Erregersystem für die Zielverfolgung (das »zweite Erregersystem«) ist bei einer weiteren vorteilhaften Ausbildungsform der Erfindung in der an sich bekannten Monopulstechnik ausgebildet, wodurch die Radarpeilung bei der Zielverfolgung nach dem Monopulprinzip durchführbar ist.

Zweckmäßigerweise erfolgt der Radar-Rundsuchbetrieb auf einer anderen Betriebsfrequenz als der Zielverfolgungsbetrieb.

Die Fokussierung des Primärdiagramms der Zielverfolgungsantenne (des »zweiten Erregersystems«) auf der Oberfläche der Luneberg-Linse wird bevorzugt mit Hilfe eines Linsensystems durchgeführt, jedoch kann man die Fokussierung auch in anderer an sich bekannter Weise durchführen, beispielsweise .dadurch, daß man als Primärantenne (»zweites Erregersystem«) der Zielverfolgungsantenne eine kleine Reflektorantenne vorsieht.

An Hand der Abbildung seien im folgenden vorteilhafte Ausführungsbeispiel der Erfindung zu deren näherer Erläuterung im einzelnen beschrieben.

In der Abbildung ist eine Radarantenne nach der Erfindung in Prinzipdarstellungsweise gezeigt. Hierbei ist mit 1 eine Luneberg-Kugellinse bezeichnet, die als bündelndes System sowohl für die Rundsuchantenne als auch für die Zielverfolgungsantenne, d. h. für das erste und das zweite Erregersystem wirkt und für beide Antennen als Sekundärstrahler fungiert, der das sekundäre, in den Raum gerichtete Antennendiagramm abgibt. Der Primärstrahler der Rundsuchantenne ist gemäß der Abbildung nicht ein einziger Strahler, beispielsweise ein einziger Hornstrahler, sondern eine aus benachbarten Hornstrahlern 2a bis 2Λ zusammengesetzte, in der Vertikalebene verlaufende Antennenzeile. Diese Antennenzeiie ist mechanisch über durch eine Linie 3 symbolisierte Verbindungsmittel mit einer Trägerkonstruktion 4 des Antennedrehgestells verbunden, die um den vertikalen Durchmesser der gezeigten Luneberg-Kugellinse 1 ohne winkelmäßige Einschränkung azimutal rotierbar ist, wodurch eine periodische Raumabtastung im Rundsuchbetrieb durchführbar ist. Zusätzlich werden zu den Azimutwinkeln die Elevationswinkel der hierbei aufgefaßten Ziele in an sich bekannter Weise durch phasenmäßigen oder frequenzmäßigen Vergleich der Ausgangssignale der einzelnen Hornstrahler über einen auswählbaren Elebationsbereich bestimmt.

An einer weiteren Trägerkonstruktion 5 des Antennendrehgestells, die gleichfalls um den vertikalen Durchmesser der gezeigten Luneberg-Kugellinse ohne winkelmäßige Einschränkung azimutal rotierbar ist, sind zwei winkelmäßig gegeneinander um 180° versetzte Bügel 6 und 7 befestigt, an deren oberen Enden ein weiterer Bügel 8 derart beweglich gelagert ist, daß der Bügel 8 unabhängig von der augenblicklichen azimutalen Ausrichtung der Bügel 6 und 7 über die Oberfläche der Kugel 1 mit einem an ihm befestigten Hornstrahler 9 schwenkbar ist, und zwar um den horizontalen Durchmesser der Luneberg-Kugellinse 1, dessen azimutale Ausrichtung von der augenblicklichen azimutalen Stellung der Bügel 6 und 7 abhängt. Der Radius des kreisbogenförmigen Bügels 8 zum Mittelpunkt der Luneberg-Linse 1 ist so groß gewählt, daß beim Schwenken der Antennenzeiie mit den Hornstrahlern 2a bis 2Λ und/oder beim Schwenken des Bügels 8 mit dem Hornstrahler 9 keine mechanischen Kollisionen auftreten können; die Antennenzeile wird vielmehr immer unter dem Hornstrahler 9 hindurchbewegt; der Hornstrahler 9 ist somit in größerem gleichbleibenden Abstand über die Kugeloberfläche bewegbar als die Antennenzeile, bestehend aus den Hornstrahlern 2a bis 2h.

Vor dem Hornstrahler 9 ist ein nicht gezeigtes Linsensystem an sich bekannter Art derart angeordnet, daß die Strahlung des Hornstrahler 9 auf die Oberfläche der Luneberg-Linse 1 fokussiert wird.

Zur Verbesserung der Radar-Peilgenauigkeit ist es allerdings zweckmäßig, an Stelle eines Hornstrahlers 9 ein Erregersystem vorzusehen, das in Monopulstechnik arbeitet und das beispielsweise aus vier Elementarerregern kombiniert ist.

Vorteilhaft beim gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist hautpsächlich die relativ geringe Größe der bei der Raumabtastung für den Rundsuchbetrieb und für die Zielverfolgung notwendigerweise zu bewegenden Teile, was daraus resultiert, daß nur die Primärstrahler der beiden Antennenarten bewegt werden, während die Luneberg-Kugellinse 1 feststeht.

Weiterhin ist es vorteilhaft, daß der Hornstrahler 9 außer über den gesamten Azimut auch voll in der EIevationsebene bis auf einen kleinen Zenitwinkel schwenkbar ist, der dadurch gegeben ist, daß der Bügel 8 mit dem Hornstrahler 9 gegen die Konstruktionen 4 oder 5 anschlagen kann.

Die Trägerkonstruktion 10 des Antennendrehgestells des gezeigten Ausführungsbeispiels der Erfindung stellt das ortsfeste Teil der gesamten Trägerkonstruktion dar. Der elektrische Anschluß der Erregersysteme der ausgebildeten Antenne ist nicht gezeigt, da diese Anschlußmittel an sich bekannt und sie nicht Gegenstand der Erfindung sind.

Häufig ist es zweckmäßig, in an sich bekannter Weise die Rundsuchantenne mit einer Kennungsantenne zu kombinieren, wozu beim dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung die Antennenzeile aus den Hornstrahlern 2a bis 2Λ mit einer zusätzlichen Abfrageantenne kombiniert ist, die im dargestellten Beispielsfall nach dem Schlitzstrahlerprinzip arbeitet und durch zwei symmetrisch zu den Hornstrahlern angeordneten Antennenzeilen 11 und 12 gegeben ist.

Um falsche Zuordnungen von Antwortsignalen der Kennungsgeber in den Radarzielen bei Empfang der Antwortsignale über Nebenzipfel des Antennendiagramms der Abfrageantenne zu vermeiden, ist es üblich, eine zusätzliche Kontrollantenne mit einem Rundstrahldiagramm zu verwenden. Diese Kontrollantenne wird beim gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung durch einen Rundstrahler 13 dargestellt, der auf der höchsten Stelle der Luneberg-Kugellinse 1 angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Radar-Rundsuchantenne, bestehend aus einer Luneberg-Kugellinse und einem ersten Erregersystem, das nicht über der Kugeloberfläche azimutal um den vertikalen Durchmesser der Kugellinse rotiert, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites, für eine Zielverfolgung geeignetes Erregersystem (9) in größerem gleichbleibenden Abstand über der Kugellinsenoberfläche bewegbar ist, dessen Primärdiagramm durch eine Fokussiereinrichtung auf die Oberfläche der Luneberglinse (1) fokussiert ist.

2. Radarantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und/oder das zweite Erregersystem (2,9) aus einem Hornstrahler besteht.

3. Radarantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ermöglichen einer über einen vorgegebenen Elevationswinkelbereich erfolgenden dreidimensionalen Raumabtastung das erste Erregersystem aus einer in der Elevationsebene verlaufenden Antennenzeile (2a bis 2Λ) besteht.

4. Radarantenne nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Kennungsantenne (11, 12) vorgesehen ist, die mit dem ersten Erregersystem als konstruktive Einheit rotiert.

5. Radarantenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei zusätzlicher Verwendung einer Rundstrahl-Kennungsantenne dieselbe (13) auf der höchsten Stelle der Luneberglinse (1) angeordnet ist.

6. Radarantenne nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Erregersystem (9) voll im Azimut und bis auf einen kleinen Zenitwinkel voll in der Elevation schwenkbar ist.

7. Radarantenne nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Erregersystem (9) eine Monopulsantenne ist.

8. Radarantenne nach einem der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß für die beiden Erregersysteme unterschiedliche Betriebsfrequenzen gewählt sind.

9. Radarantenne nach einem der Ansprüche 1 bis

8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierungseinrichtung ein elektrisches Linsensystem ist.