DE2610324A1

DE2610324A1 - Phasengesteuerte antennenzeile

Info

Publication number: DE2610324A1
Application number: DE19762610324
Authority: DE
Inventors: Jeffrey Thomas Nemit
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1975-03-17
Filing date: 1976-03-12
Publication date: 1976-09-30
Also published as: IT1057049B; US3969729A; FR2305037A1; GB1545883A

Description

Patentanwalt

Dipl. -Phys. Leo Thul 0 C -1 η q ο Α

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Kurze Strafte 8

J.T.Nemit-7

INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK

Phasengesteuerte Antennenzeile

Die Erfindung betrifft eine phasengesteuerte Antennenzeile zur Strahlschwenkung mit einer Vielzahl von Strahlerelement^, die in Serie von einer nicht-resonanten HF-Wellenleitung mit einer äußeren Wand nach Art der Hohlleiter und Streifenleiter zwangsgespeist werden und Einrichtungen, die jedem Strahlerelement zugeordnet sind und die Phase der HF-Energie an der entsprechenden Strahlerapertur ändern.

Die Erfindung kann bei trägheitsloser Radarstrahlschwenkung eingesetzt werden. Seit der frühen Entwicklung von Radarsystemen sind Antennenzeilen bekannt und wurden zur Erzeugung von scharfen Richtungsstrahlen benutzt. Die Charakteristiken von Antennenzeilen werden durch die geometrische Position der Strahlerelerneste und der Amplitude und Phase ihrer Erregung bestimmt.

In der weiteren Entwicklung der Radareinrichtungen, ausgelöst durch die Entwicklung der Magnetron- und anderer

Wr/Scho
4.3.1976

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ORIGINAL INSPECTED

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Hochleistungsmikrowellensender, wurden die verwendeten Frequenzen immer höher. Bei diesen hohen Frequenzen werden einfachere Antennen möglich. Solche einfacheren Antennen enthalten gewöhnlich geformte (parabolische) Reflektoren, die von einem Strahlerhorn oder anderen einfachen Primärantennen ausgeleuchtet werden.

Dann wurden elektronische (trägheitslose) Strahlschwenkungen aus einer Anzahl von Gründen interessant, wegen der schnellen Strahlschwenkung, der Möglichkeit der zufälligen und der programmierten Strahlführung. Durch die Entwicklung von elektronisch gesteuerten Phasenschiebern und Schaltern wurde die Aufmerksamkeit auf Antennenzeilen gerichtet, in denen jedes Strahlerelement individuell elektronisch gesteuert werden kann. Im Buch "Radar Handbook" von Merrill I.Skolnik, Mc Graw Hill (1970), insbesondere im Kapitel 11, sind über Antennenzeilen Ausführungen vorhanden.

Das Kapitel 12 ist "Phase Shifter for Arrays" benannt, in dem gesteuerte Phasenschiebereinrichtungen aufgeführt sind, die ein Schlüsselelement in den phäsengesteuerten Antennenzeilen des Standes der Technik sind. Die Möglichkeit der schnellsten und genauen Strahlschaltung erlaubt es, daß das Radar eine Vielzahl von Funktionen hintereinander oder gleichzeitig ausführt. Eine elektronisch geführte Radarzeile kann eine große Zahl von Zielen verfolgen, eine Anzahl von Zielen zum Führen von Raketen auf diese durch HF-Energie anleuchten, mit einem großen Strahlerwinkel suchen und automatisch ein Ziel auswählen um es

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weiter zu verfolgen und kann sogar als ein Nachrichtensystem benutzt werden, in dem Strahlen hoher Leistung zwischen Empfängern und/oder Sende-Empfänger ausgerichtet werden. Beim modernen Radar ist die phasengesteuerte Antennenzeile von großer Wichtigkeit.

Bei phasengesteuerten Antennenzeilen gibt es eine Anzahl von Problemen, die bestenfalls teilweise gelöst sind, und zwar beim Stand der Technik mit einem hohen Aufwand. Diese Probleme treten bei der Energiezuführung, den Phasenschiebern, den Strahlerelementen und der Polarisation auf.

Die Art, wie das Signal von einem gemeinsamen Eingang an die Einzelzeilen und von dort zu den Strahlerelementen geführt wird·, hat einen wesentlichen Einfluß auf die Kosten und die Leistung der Antennenzeile. Der Stand der Technik hat bisher nur Systeme mit mittlerer Leistung hervorgebracht, wobei die Größe und das Gewicht der Antennenzeile ein Problem ist, da für jedes Strahlerelement drei in Reihe liegende Bauelemente benötigt werden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine phasengesteuerte Antennenzeile der eingangs genannten Art anzugeben, die geringere Kosten verursacht, weniger wiegt, und ein zusammengefaßtes Phasenschieber/ßbrahlerelement aufweist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Anspruch 1 angegebenen Mitteln. Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entommen werden.

Die erfindungsgemäBe Einrichtung in jeder der beschriebenen Grundausführungen arbeitet mit Linearpolarisation. Zirkularpolarisation ist auch möglich, wenn man einen parasitären

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Dipol an das Strahlerelement anbringt, wie es später noch ausführlich beschrieben wird.

Die Erfindung weist folgende Vorteile auf: Jedes Strahlerelement der Zeile ist unabhängig von der Impedanz der Apertur zwangsgespeist. Dies erhält man, weil das Schlitzelement an die Wellenleitung weich gekoppelt und von einem virtuellen Generator mit einer nahezu Nullimpedanz gespeist wird. Der Gesamtverlust ist geringer als bei konventionellen schrittweisen Phasenschiebern. Der erfindunqsgemäße Phasenschieber arbeitet als ein differentieller Schalter mit einer äifferentiellen Last zur Phasenschiebung. Mehr noch, der Schaltungsverlust kann vernachlässigt werden. Die Tiefe der Antennenzeile ist gering, da der zugefügte Phasenschieber vernachlässigt werden kann. Diese Methode senkt bei zukünftigen Antennenzeilen die Kosten und die Fertigung der Gehäuse der Strahlerelemente kann mit der aus der Herstellung von Schlitzstrahlern bekannten Technik effektiv erfolgen. Die Schalterelemente können diskrete Dioden oder Dioden der später noch beschriebenen Art sein.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig.1a, 1b, 1c phasengesteuerte Antennenzeilen mit Serienspeisung in verschiedenen Anordnungen;

Fig.2a ein Diagramm der Gruppenphase der Apertur

bei den verschiedenen Zuständen der steuernden Dioden;

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Fig.2b die mit dem vier Dioden Phasenschieber erreichbaren acht Phasenzustände;

Fig.3 einen Hohlleiter mit in seiner breiten Wand angeordneten variablen Phasenkoppler;

Fig.4 einen Hohlleiter für Serienspeisung mit in seiner schmalen Wand angeordneten Koppelschlitzen;

Fig.5a eine Ausführung mit einem Streifenleiter;

Fig.5b den Streifenleiter gemäß Fig.5a in einer auseinander gezogenen Darstellung;

Fig.6a eine Art einer Montage einer PIN-Diode; Fig.6a eine Seitenansicht der Fig.6a;

Fig.7a eine Art der Montage eines PIN-Diodenchips als steuerndes HF-Element;

Fig.7b eine Seitenansicht der Fig.7a und

Fig.8 eine Anordnung einer parasitären Diode um eine Zirkularpolarisation in einem Strahlerelement einer Antennenzeile zu erhalten.

In den Figuren 1a bis 1c sind drei bekannte Anordnungen für Antennenzeilen schematisch dargestellt. In Fig.1a ist die Antennenzeile in zwei Hälften geteilt und sie wird in der Mitte an dem Summen- und Differenzanschluß

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Σ bzw. Δ gespeist, wie es beim typischen Monopulsradar gebräuchlich ist. Eine Wellenleitung 101 zur Serienspeisung speist alle Strahlerelemente zu beiden Seiten von der Mitte. Abschlußwiderstände 102, 103 sind für diese Art der Anordnung typisch.

Die Fig.1b ist eine mittengespeiste Anordnung mit zwei gleichen Antennenzeilen, in der zwei Wellenleitungen· 105, 106 getrennt Energie in die beiden Antennenzeilen einspeisen. Normalerweise wird diese Anordnung bei einer Zweistrahl-Einrichtung angewendet. Die Wellenleitung 105 ist mit Abschlußwiderständen 108, 110 und die Wellenleitung 106 ist mit Abschlußwiderständen 111, 112 versehen, Koppler entlang der Wellenleitung zwischen der Mitte und den Abschlußwiderständen koppeln getrennt die Energie zu den einzelnen Phasenschiebern/Strahlerelementen. Die Anschlüsse 107, 108 korrespondieren mit dem ersten bzw. dem zweiten Strahl der Antennenanordnung. In dieser Ausgestaltung schwenken der erste und zweite Strahl gemeinsam als ein Paar in Übereinstimmung mit der vorbestimmten Programmierung der Phasenschieber.

In Fig.1c ist eine modulargespeiste Zweistrahl-Anordnunq nach dem Netzwerkprinzip dargestellt. In jedem Modul sind zwei Phasenschieber/Strahlerelemente vorhanden, wobei die Funktion mit der nach Fig.1b übereinstimmt. In den neuesten Radargeräten, in denen ein Monopuls oder ein anderes Strahlbündel gewünscht wird, beträgt der Abstand zwischen den Strahlen mehrere Strahlbreiten. Die räumliche Frequenz über die Aperturverteilung ist daher niedrig und kann durch eine einfache modulare Art aufbereitet werden, wie es für eine lineare Antennenzeile in Fig.1c dargestellt ist.

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Die Anordnungen gemäß den Fig. 1a bis 1c gehören zurr Stand der Technik und in ihnen kann der erfindungsgemäße Phasenschieber angewendet werden. Vor der genauen Beschreibung der verschiedenen Ausführungen der Erfindung ist es nötig, das verwendete Konzept der Zwangsspeisung oder -erregung zu diskutieren.

Die beiden gebräuchlichen Arten der Erregung von Strahlerelement^ von Antennenzeilen sind die Methoden "konstant angelegte Leistung" parallel an jedes Strahlerelement und "zwangsgespeiste" Strahlerelemente in Reiheschaltuna. Früher wurde nur die erste Methode bei phasenqesteuerten Antennenzeilen angewendet. Bei der Benutzung des erfindungsgemäßen Phasenschiebers ist nicht nur die zwanasgespeiste Methode durchführbar, sondern man erhält auch niedrigere Herstellungskosten und ein geringeres Gewicht für eine Antennenzeile gleicher Größe gegenüber der Methode der konstant angelegten Leistung. Außerdem erzeugt die zwangsgespeiste Methode eine bessere elektrische Leistung.

Die meisten gleichpolarisierten Strahlerelement? für eine Welle in phasengesteuerten Antennenzeilen sind die Dipolstrahler und die Schlitzstrahler. Der erstere ist ein Strom-Strahler, da alle Abmessungen des Strahlers auf die Stromverteilung ausgerichtet sind. Der zweite ist ein Spannungs-Strahler, da alle Abmessungen des Strahlers auf die Verteilung des elektrischen Feldes ausgerichtet sind. Zur Erregung eines Dipolstrahlers wird dieser an eine Konstantstromquelle und zur Erregung eines Schlitzstrahlers wird dieser an eine Konstantspannungsquelle angeschlossen.

Bei einer Antennenzeile mit Stromstrahlern, die von in der Phase einstellbaren Stromquellen gespeist werden, ist das

B 0 9 8 4 Π / 0 7 5 3

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Muster der Strahler in der Antennenzeile gleich dem Muster der isolierten Strahler. Das ist richtig, weil, wenn alle Strahler erregt sind, ausgenommen der zu prüfende ist auf Null gestellt, dann die nichterregten Strahler offene Schaltkreise darstellen und die induzierten Ströme auf diesen daher Null sein müssen. Diese Möglichkeit bei zwangsgespeisten Antennenzeilen weist bei der Konstruktion und der Vorhersage der Leistung eine Anzahl von Vorteilen auf. Die gleichen Aussagen können für den Spannungsstrahler, der von einer in der Phase einstellbaren idealen Spannungsquelle gespeist wird, gemacht werden.

In der nachstehenden Beschreibung sind alle darqestellten Äusführungsbeispiele vom Typ des Schlitzstrahlers mit konstanter Spannungsspeisung. Das kommt daher, weil die niedrigen Kosten und die relativ einfache Fertigung von Schlitzstrahlern, die in die Wand von Hohlleitern oder Streifenleitern geformt sind, ausgenutzt wird. Es sei aber angemerkt, daß auch Antennenzeilen aus Strom-Strahlern mit dem Erfindungsgegenstand versehen werden können.

In einer Wanderwellen-(nicht-resonanten)Zeile, in der der Abstand zwischen den Strahlern ein nicht ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge der Wellenleitung ist, ist es bekannt, daß die speisende Wellenleitung auf ihrer ganzen Länge angepaßt ist. Wenn jedes Strahlerelement weich an die Hauptwellenleitung angekoppelt ist, dann ist die Impedanz des das Strahlerelement speisenden virtuellen Generators extrem klein. Das ist gleich bedeutend mit einer konstanten Spannungserregung für einen Schlitzstrahler. Eine konstante Stromquelle kann

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durch das Hinzufügen eines Viertelwellen-Impedanzinverters erzeugt werden.

Eine Wanderwellen-Serienspeisung einer Teilzeile mit vielen Strahlern mit einer gleichmäßigen Erregung sollte eine nominelle Einkopplung von -15 dB auf der Eingangsseite haben. Die Einkopplung ist allmählich entlang der Zeilenlänge zunehmend, um die durch die Primärstrahler abgestrahlte Leistung zu kompensieren. Bei einer gut ausgeführten Speisung brauchen nur 5 bis 10 % der vorhandenen Leistung in den Abschlußwiderständen verbraucht werden.

Aus der vorhergehenden Beschreibung ist es verständlich, was mit den zwangsweise gespeisten Strahlern gemeint ist. Der erfindungsgemäße Phasenschieber macht es möglich, daß eine bessere elektrische Leistung erreicht wird, bei Übereinstimmung mit einer Zeilenkonstruktion, die auf der zwangsweisen Speisung beruht. Bisher wurde dieses Konzept in Antennenzeilen nach dem Stand der Technik wenig benutzt, da keine passenden elektronisch gesteuerten variablen Phasenkoppeleinrichtungen erhältlich waren.

In Fig.3 ist eine Art eines zusammengefaßten Phasenschiebers mit einem Strahlerelement («variabler Phasenkoppler) dargestellt, die im Zusammenhang mit den Diagrammen in Fig.2a und 2b erklärt wird.

In der breiten Wand eines Hohlleiters einer Wellenleitung 201 sind vier Schlitze 202-205 vorhanden. Die Wellenleitunq 201 wird nachstehend in ihrer Längsausdehnung als horizontal ausgerichtet angesehen. Unter dieser Annahme sind dann die Schlitze 202 und 204 sowie die Schlitze 203 und 205 jeweils senkrecht übereinander.

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Diese Gruppe von vier Schlitzen 202-205 ist symmetrisch zur horizontalen Mittellinie der breiten Wand des Hohlleiters und ebenso symmetrisch zu einer daraufstehenden vertikalen Linie. Der horizontale Abstand ■ der Schlitze beträgt eine viertel Wellenlänge von Mitte zu Mitte. Der vertikale Abstand der Schlitze bestimmt den Betrag der Kopplung jedes individuellen Schlitzes.

Betrachtet man die Arbeitsweise der Einrichtung ohne Dioden, dann ist die Kopplung vom Hohlleiter zum Strahler 210, der in diesem Falle ein Abschnitt eines an einem Ende offenen Hohlleiters ist, im wesentlichen gleich Null, weil die Erregung antipodal ist. Sind Dioden 2O6-2O9 vorhanden und im gesperrten Zustand, dann haben sie einen minimalen Einfluß auf die Kopplung vom Hohlleiter zum Strahler, denn der elektrische Zustand unterscheidet sich nur wenig von dem, wenn die Diodenvöllig fehlen. Sind die Dioden jedoch leitend, kann die Kopplung bedeutend reduziert werden. Eine positive oder negative Erregung kann durch eine differentielle Erregung eines Paares vertikaler Dioden 206, 208 bzw. 207, 209 erreicht werden. In Bezug auf den horizontalen Abstand von einer viertel Wellenlänge zwischen den Schlitzen, wird erreicht, daß mit dem linken Paar Dioden 206, 208 der 0° und der 180° Phasenzustand und mit dem rechten Paar Dioden 207, 209 e
wird.

209 eine positive oder negative Erregung von 90° erreicht

Aus Fig.2a und 2b ist ersichtlich, daß es acht mögliche Kombinationen der Schlitzerregung gibt, entsprechend den acht Kombinationen der gesperrten oder geöffneten

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Dioden 206 bis 209 in Fig.3. In Fig.2a ist der obere linke Schlitz (202 in Fig.3) willkürlich als 0° Referenz genommen worden. Der 45°, 90°, 135° und 180° Vektor ist aus der vorhergehenden Beschreibung verständlich.

Es sei hier interessanterweise angemerkt, daß die Koppelamplitude im diagonalen Phasenzustand 3dB höher ist als im nicht-diagonalen Zustand. Es kann gezeigt werden, daß der RMS-Fehler um 3dB reduziert wird, wenn alle acht Zustände angewendet werden, anstatt der nur vier prinzipiell möglichen Zustände. Die Einrichtung gemäß Fig.3 kann aus der Sicht von den Nebenzipfeln als äquivalent mit einem 2 1/2 bit Phasenschieber gesehen werden. Aus der Verlustbetrachtung heraus, kann die Einrichtung als äquivalent mit einem 3-bit Phasenschieber gesehen werden.

Aus dem obigen folgt, daß zusätzliche Phasenzustände durch das Hinzufügen von weiteren Diodenpaaren erreicht werden. Zum Beispiel können Dioden nahe den Ecken jedes Schlitzes zugefügt werden. Werden diese Dioden stromdurchlässig, dann wird die Kopplung reduziert. Veränderbare Verhältnisse von I und Q (I/Q) Kanalsignale können erzeugt werden, wodurch zusätzliche Phasenzustände an der Strahlerapertur erreicht werden.

In der Fig.4 ist eine zweite Ausführung der Erfindung dargestellt. Diese Ausführung weist eine Anzahl von deutlichen vorteilen auf und ist in vielen Anwendunaen die bevorzugte Ausführung. Im Gegensatz zur Ausführung

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gemäß Fig.3 weist diese in der schmalen Wand des Hohlleiters tiefe Schlitze 401, 402 auf. Diese Schlitze 401, 402 fangen die Längsströme im Hohlleiter auf und wenn ein Paar Dioden symmetrisch in Durchlaß- oder Sperrichtung geschaltet wird, ist die Gruppenkopplung zum Strahler 403 gleich Null. Das ist richtig, weil der Schlitz die gleich- und die entgegengerichteten Ströme in der oberen und unteren Wand des Hohlleiters aufnimmt. Wenn nun im Schlitz die obere Diode 404 oder 405 gesperrt ist und die untere Diode 406 und 407 durchlässig ist, dann wird die Kopplung von der oberen Wand dominieren und es entsteht ein positives Signal. Umgekehrt erzeugt eine gesperrte untere Diode 406 and eine durchlässige Obere Diode 404 eine dominierende Kopplung von der unteren Wand und damit ein negatives Signal. Das plus oder minus Quadratursignal wird ebenso rnit dem zweiten Schlitz 402 erzeugt, der eine viertel Wellenlänge, von Mitte zu Mitte gemessen, vom ersten Schlitz 401 entfernt ist, wie es in Fig.4 dargestellt ist.

Wie bei der Ausführung gemäß Fig.3 können auch hier durch Hinzufügen von mehr Dioden zum Verändern der Schlitzkoppluncr mehr als acht Phasenzustände erreicht werden. Mit dieser Ausführung erhält man eine stärkere Kopplung, da die longitudinalen und nicht die transversalen Wellenströme von den Schlitzen aufgenommen werden. Eine verschieden starke Kopplung der Schlitze in den schmalen Wänden des Hohlleiters kann durch eine Änderung der Tiefe der Schlitze

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erreicht werden. Die Tiefe des Schlitzes ist mit d bezeichnet und wird in der Ebene der breiten Wand des Hohlleiters gemessen. Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Tatsache, daß der erlangte Formfaktor des Hohlleiters gemäß Fig.4_f leichter mit der Äbstandsforderuna des Strahlers in phasengesteuerten Antennenzeilen kompatibel gemacht werden kann.

Das schaltende Diodennetzwerk für die Ausführung aeiräß Fig.4 bringt einen Standardformfaktor in der Ebene der schmalen Wand, der unabhängig vom gewünschten Kopplungsgrad ist.

Ein Diodenschaltgerät 408 zum Schalten der Dioden in die Sperr- oder Durchlaßrichtung, das für jeden variablen Phasenkoppler vorgesehen ist, schaltet in einer Reihenfolge, die entsprechend dem Programm der Strahlschwenkung der Antennenzeile bestimmt ist. Die Fig.4 zeigt, allerdings nur in den äußeren Umrissen, zwei weitere zusammengefaßte Strahler/ Phasenschieber 409, 410, die an den Hohlleiter zur Serienspeisung angeschlossen sind. Dieser Aufbau ist dargestellt, um die Anordnungen in den Fig.1a, 1b und 1c oder anderen Anordnungen von Antennenzeilen zu verdeutlichen.

In den Fig.5a und 5b ist die Erfindung unter Verwendung von Streifenleitern dargestellt. Die Anwendung von Schlitzen als Btrahlerelemente in Streifenleitern ist bekannt, bspw. aus der US-PS 3 518 688. Ein Paar Streifenleiter 501 und 502 wird

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von einer Treiberschaltung 508 in Gegenphase θ, θ + 180° betrieben. Schlitze 504, 505 durch den leitenden Schild nehmen die Längsströme auf. Auch hier ist der Schlitz-

Xk abstand eine viertel Wellenlänge — von Mitte zu Mitte gemessen, wobei Xk die Wellenlänge der Streifenleiter ist. Zusätzlich zu den Verbindungen 506, 507, die im Stand¹ der Technik bekannt sind und die die gemeinsame Mode in der Streifenleitung unterdrücken, können nicht gezeiate Schrauben vorgesehen sein, die Moden höherer Ordnung in der Streifenleitung verhindern.

Die Kopplung der Energie durch die Schlitze 504, 505 im leitenden Schild 503 wird durch die Länge der Schlitze gesteuert, wobei die Schlitze in Bezug auf die Längsausdehnung der Streifenleiter 501, 502 quer zu diesen angeordnet sind. Da die zwei Streifenleiter 501, 502 in Gegenphase betrieben werden, können die vier orthogonalen Phasenvektoren durch die Steuerung von jeder von vier Dioden erreicht werden. Das unsymmetrische Betreiben eines Diodenpaares steigert die positive oder negative Erreguna der Schlitze in einer Weise, wie sie zur Ausführung gemäß Fig.4 beschrieben wurde. Die Vorteile der in Fig.5a und 5b gezeigten Streifenleiter ist die dichtere Bauweise für manche modularen Antennenzeilen.

Allgemein ist aber die Ausführung gemäß Fig.4 die wirksamste und kostengünstigste der variablen Phasenkoppler gemäß der Erfindung.

In Fig.6a und 6b ist die Montage einer HF-Diode, einer PIN-Diode als diskretes Bauelement, dargestellt. Der dargestellte Schlitz kann genau so gut ein Schlitz in einem Hohlleiter wie auch in einem Streifenleiter sein. Die PIN-Diode wird

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von federnden Klammern 601, 602 an ihren Enden 604, 605 gehalten. Zwischen der Klammer 601 und dem Ende 604 ist ein metallischer Kontakt vorhanden, während die Klammer 602 vom Ende 605 durch eine keramische Buchse 603 isoliert ist. Dadurch kann der Steuerstrom für die Diode zum Schalten des HF-Weges über die Klammern ohne Kurzschluß angelegt werden. Derartige Techniken sind bpsw. bei Schalteranwendungen von PIN-Dioden bekannt.

Eine PIN-Diode als diskretes Bauelement wird meist im C-Band angewendet. Dabei wird automatisch durch den Hohlleiter ein Kühlblock erzeugt, der durch die Klammer 601 und das Ende 604 der PIN-Diode mit dieser im guten elektrischen und thermischen Kontakt steht. Die Vorteile dieser Anordnung sind die große Dauerleistung und die geringen Anforderungen an das Verschließen der Einrichtung des variablen Phasenkopplers.

Darüberhinaus weist diese PIN-Diode eine hohe Durchbruchsspannung auf, was eine große Spitzenleistung zuläßt. Die Länge der meisten Schlitze ist derart, daß diese unter der Resonanz sind und die Kapazität der PIN-Diode kann benutzt werden, um die Schlitze in Resonanz zu bringen und damit den Kopplungsgrad gewünschten Falls zu erhöhen.

Bei höheren Frequenzen, im S-Band, setzt die Kapazität der PIN-Diode die Schaltgeschwindigkeit herab. Es können dann alternativ PIN-Dioden in Form eines Chips verwendet werden.. Die Fig.7a und 7b zeigen diese Anwendungen, wobei die Fig.7a eine Draufsicht auf einen Schlitz 701 mit einem Chip 706 einer PIN-Diode darstellt. Aus der Seitenansicht ist ersichtlich, daß ein dielektrischer Träger,

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beispielsweise ein Stück keramisches Material 704, den Schlitz 701 überbrückt und auf dem Hohlleiter 705 aufliegt. Leitende Platten 702, 703, die auch metallisierte Flächen des keramischen Materials 704 sein können, sind vorhanden, um das Schaltpotential an die Diode 706 zu leiten und die HF durch den dielektrischen Träger 704 mit der leitenden Wand 705 des Hohlleiters zu verbinden. Ein Verbindungsdraht 707 vervollständigt den Diodenschaltkreis über dem Schlitz 701. Der dielektrische Träger 704 kann auch als Staub- und Feuchtigkeitsschutz dienen, aber auch ein zusätzliches isolierendes Material kann nötigenfalls über die Platten 702, 703 gelegt werden.

In Fig.8 ist eine zusätzliche Möglichkeit zur Zirkularpolarisierung bei einem variablen Phasenkoppler dargestellt, Diese Anordnung kann bei der Ausführung gemäß Fig.4 angewendet werden. Die geschlitzte schmale Wand des Hohlleiters 801 koppelt in einen unten geschlitzten Hohlleiter 802, der eine kapazitive Last aufweist. Innerhalb der Apertur des■Hohlleiters 802 ist ein Paar gedruckter Dipole auf einer Abdeckung 803 des Strahlerelements angebracht» Die Dipole, die kapazitiv mit dem Schlitz gekoppelt sind, lassen Ströme in der Phasenquadratur in Bezug auf die Schlitzspannung fließen? die die gewünschte Zirkularpolarisation hervorrufen. Ein Umschalten von der linearen auf die zirkuläre Polarisation kann durch eine über den zentralen Spalt 806 zwischen den Dipolhälften 804 und 805 gelegte PIN-Diode erreicht werden. Diese Diode

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kann wie zu den anderen PIN-Dioden beschrieben in ihre Sperr- und Durchlaßrichtung geschaltet werden, nie Abdeckung 803 kann ein dielektrisches Fenster sein, das die Apertur in Resonanz bringt und die Bandbreite beeinflußt, wie es bekannt ist. Dieses Mittel läßt sich auch bei den Ausführungen gemäß den Figuren 3, 4 und 5 anwenden. Es sei noch angemerkt, daß die Ausführung mit den Streifenleitern gemäß Fig.5 auch ein Strahlerelement mit einem offenen Ende wie das in Fig.4 mit 403 bezeichnete enthält, dies ist nur nicht dargestellt, um die Zeichnung klarer zu machen.

Außer den beschriebenen Anwendungen der PIN-Dioden als Schalter ist es bekannt, daß diese Dioden einen steuerbaren Widerstand bei entsprechenden Steuerströmen haben. Das Dxodenschaltgerät, bpsw. 408 in Fig.4, kann für entsprechende analoge Phasenschiebung ausgelegt sein, genau so wie für das Schalten in den Sperr- und Durchlaßbereich.

Auf der gegenüberliegenden Seite des Hohlleiters oder des Streifenleiters kann ein zweites Schlitzmuster anaebracht sein, das dann eine "zwei-Wege" Strahlschwenkung verwirklicht.

4 Ansprüche
3 B l.Zeichng.

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Claims

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Ansprüche

f.\ Phasengesteuerte Antennenzeile zur Strahlschwenkuna · mit einer Vielzahl von Strahlerelementen, die in Serie von einer nicht-resonanten HF-Wellenleituncr mit einer äußeren Wand nach Art der Hohlleiter und Streifenleser zwangsgespeist werden und Einrichtungen, die jeden Strahlerelement zugeordnet sind und die Phase der HF-Energie an der entsprechenden Strahlerapertur ändern, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Schlitzen in einer bestimmten Muster in der äußeren Wand der HF-Wellenleitung vorhanden sind, wobei die Schlitze die HF-Energie an die Apertur des Strahlerelements, das an das Muster der Schlitze angeformt ist, koppeln, so daß eine Phasendifferenz zwischen zumindest einigen der Schlitze in dem Muster und in der Apertur des Strahlerelementes ein Summensignal entsteht, daß die Einrichtungen mindestens eine HF-Diode über jeder¹ Schlitz enthalten, wobei jede Diode einen leitenden HF-Weg im durchgeschalteten und keinen HF-Weg im gesperrten Zustand entsprechend einem angelegten Steuersignal bildet und daß Mittel zum Programmieren der Einschaltung des Steuersignales an zumindest einige Dioden vorgesehen sind, um die Gruppenphase des Summensignals zu steuern.
2. Phasengesteuerte Antennenzeile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier Dioden vorhanden und so angeordnet sind, daß die Energiekopplung durch die äußere Wand in

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den Phasen von 0°, 180°, +90° und -90° geschieht.
3. Phasengesteuerte Antennenzeile nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Strahlerelement ein Stück einer offen endenden Wellenleitung enthält und alle diese
Wellenleitungen von der jeweils zugehörigen Muster der
Schlitze erregt werden.
4. Phasengesteuerte Antennenzeile nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet/ daß jede der offen endenden Wellenleituncen so ausgebildet ist, daß sie rit ihrer Arbeitsfrequenz
unterhalb der Grenzfrequenz liegt, daß eine kapazitive
Last an jedem Strahlerelement vorhanden ist und daß ein parasitärer Dipol in der Apertur jedes Strahlerelementes zum Einstellen einer Zirkularpolarisation vorhanden ist.

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