DE2729110C2 - Strahlungsgespeiste phasengesteuerte Antennenanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine strahiungsgespeiste phasengesteuerte Antennenanordnung mit einer Vielzahl von über elektronisch gesteuerte Phasenschieber gespeisten Einzelstrahlern unter Verwendung eines aus einer Strahlergruppe bestehenden Primärerregersystems, bei dem unterschiedliche Bündelungscharakteristiken einstellbar sind, so daß der Strahl der Antennenanordnung hinsichtlich der Winkelbreite zwischen festen Werten veränderbar ist.

Eine derartige strahiungsgespeiste phasengesteuerte Antennenanordnung ist aus der DE-OS 22 62 495, insbesondere Fig. 11 und deren Beschreibung, bekannt. Das Primärerregersystem besteht hierbei ebenfalls aus einer phasengesteuerten Strahlergruppe. Soll eine schmale Keule mit hohem Gewinn von der Antenne abgegeben werden, so wird die Primärstrahlergruppe phasenmäßig so gesteuert, daß ein divergierender Strahl auf die Einzelstrahler fällt. Ist dagegen die Abstrahlung einer breiten Keule mit niedrigem Gewinn beabsichtigt, so wird die ebene Primärstrahlergruppe phasenmäßig so eingestellt, daß ein stärker gebündelter Strahl auf die halbkugelförmig angeordneten Einzelstrahler trifft. Es ist somit stets die gesamte Fläche der Primärstrahlergruppe in aktivem Betrieb und es müssen zur Erzeugung verschieden breiter Antennenkeulen die Fokussierparameter aller Strahlerelemente der Primärstrahlergruppe umgeschaltet werden.

Es ist auch bekannt, den Antennenstrahl einer phasengesteuerten Antennengruppe durch Defokussierungsmaßnahmen, d. h. durch Überlagerung der ebenen Phasenfront mit einer parabolischen Phasenbelegung, zu verbreitern. Die Defokussierung wird dabei mit Hilfe der Phasenschieber vorgenommen. Dieses Verfahren läßt zwar die Möglichkeit einer kontinuierlich einstellbaren Strahlverbreiterung zu, bedingt dabei jedoch eine zunehmende Verschlechterung der Strahlungscharakteristik. Bei der Defokussierung sinkt insbesondere die Nebenzipfeldämpfung ab.

Ähnliche Auswirkungen hat eine andere Methode zur Strahlverbreiterung einer phasengesteuerten Antennengruppe, wonach die Antennenapertur auf elektrischem Weg durch Abschalten der Einzelstrahler in den äußeren Randzonen verkleinert wird.

Aus der DE-OS 2133 842 ist es bekannt, zur Primarspeisung einer Parabolreflektor-Richtantenne ein System mit mehreren unterschiedlichen Primärstrahlern zu verwenden. Diese sind rund um den Umfang eines drehbar vor dem Parabolreflektor gelagerten Haltekörpers angeordnet. Für jeden der Primärstrahler ist eine Betriebseinraststellung vorgesehen, in welcher er in angeschlossenem Zustand mit seiner Strahlrichtung auf den Parabolreflektor ausgerichtet ist und in der sein Phasenzentrum mit dem Brennpunkt des Parabolreflektors zusammenfällt. Abgesehen davon, daß es sich bei dieser bekannten Antenne nicht um eine phasengesteuerte Anordnung handelt, besteht ein großer Nachteil bei der Einstellung unterschiedlicher Winkelbreiten des Antennenstrahls darin, daß das Primärspeisesystem mechanisch gedreht werden muß.

Aus der DE-AS 15 41 462, insbesondere Fig. 9, ist eine strahiungsgespeiste phasengesteuerte Antennenanordnung bekannt, deren Primärstrahler Hornstrahler sind, die nebeneinander und zueinander geneigt angeordnet sind. Diese Hornstrahler weisen jedoch alle eine gleiche Bündelungscharakteristik auf und es soll keine Änderung der Winkelbreite der abgestrahlten Antennenkeule erzieh werden. Es sind bei dieser bekannten Antenne nur deswegen mehrere Hornstrahler zur Primärspeisung vorgesehen, weil ein Betrieb mit mehreren Sendern oder Empfängern ermöglicht werden soll.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Antennensystem mit elektronisch gesteuerter Strahlschwenkung zu schaffen, dessen Strahl in seiner Winkelbreite zwischen festen Werten verändert werden kann, ohne daß dadurch notwendigerweise die Strahlungscharakteristik, vor allem bezüglich der Nebenzipfeldämpfung, verschlechtert wird. Es soll als Primärerregersystem zum einen keine phasengesteuerte Strahlergruppe wie nach der DE-OS 22 62 495 verwendet werden. Zum anderen sollen auch keine mechanischen Bewegungen des Primärerregersystems erforderlich sein.

Gemäß der Erfindung, die sich auf eine strahiungsgespeiste phasengesteuerte Antennenanordnung der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Primärerregersystem aus mehreren nebeneinander und zueinander geneigt angeordneten Hornerregern besteht, die unterschiedliche Bündelungscharakteristiken aufweisen und zwischen denen umgeschaltet werden kann, und daß die durch die zueinander geneigte Anordnung der Hornerreger bedingten Phasenfehler durch die Phasenschieber korrigiert werden.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß in den verschiedenen Betriebsarten, d. h. für unterschiedliche Winkelbreiten des Antennenstrahls, die Apertur der phasengesteuerten Antennengruppe nach dem Gesichtspunkt möglichst hoher Nebenzipfeldämpfung ausgeleuchtet wird.

In der Praxis wird gewöhnlich die Amplitudenbelegung einer entweder nach dem Reflektor- oder dem Linsenprinzip arbeitenden, strahlungsgespeisten phasengesteuerten Antenne so gewählt, daß am Rande der Apertur noch ein Mindestmaß an Energie vorhanden ist. Sonst ist die Apertur überdimensioniert und der Wirkungsgrad der Antenne niedrig. Es ist aber bekannt, daß in diesem Fall die Nebenzipfel außerordentlich niedrig werden können.

Bei einer strahlungsgespeisten Antenne mit elektronischer Strahlschwenkung nach dem Prinzip der Mikrowellenlinse oder nach dem Reflektorprinzip, bei welcher die Phasenverschiebungen zwischen der Kollektor- und

Kollektorstrahlern 7. An die Kollektorstrahler 7 ist jeweils ein Phasenschieber 8 angeschlossen. Dort wird die Hochfrequenzspannung in der Phase aufgrund der Ausgangsgrößen eines Phasenrechners beeinflußt und anschließend von Emitterstrahlern 9 als ebene Welle abgestrahlt. Die Phasenschieber 8 wandeln demnach die Primärwelle in eine zumindest näherungsweise ebene Welle um. Die beiden Hornerre<?er 5 und 6 sind nebeneinander angebracht, wobei der Hornerreger 6 zur Abstrahlung eines stark gebündelten Strahls von der Antennenanordnung und der Hornerreger ¹^ zur Abstracting eines schwächer gebündelten, d. h. verbreiterten Strahls, von der Antennenanordnung dienen soll. Der Hornerreger 5 selbst hat hierfür eine schärfere Bündelungscharaktiristik (Primärbündclung) als der Hornerreger 6.

Hornstrahler, deren Strahlungscharakteristik eine hohe Nebenzipfeldämpfung aufweisen soll, erfordern eine gewisse Länge, die mehrere Vielfache der linearen Abmessung der Apertur betragen kann. Außerdem ist die Ausleuchtung der Aperturfiäche mit Jen Kollektorstrahlern 7 unsymmetrisch, da die beiden Hornerreger 5 und 6 zueinander geneigt sind. Während dadurch bedingte Phasenfehler grundsätzlich durch die Phasenschieber 8 korrigiert werden können, ist für eine möglichst unverzerrte Amplitudenbelegung ein großes F/D-Verhältnis erforderlich (F = Brennweite, D = Aperturdurchmesser). Anordnungen dieser Art sind jedoch vor allem für mobile Systeme ungeeignet, insbesondere wenn die Wellenlänge verhältnismäßig groß ist.

der Emitterapertur der Einzelstrahler stattfinden, häng! die Amplitudenbelegung von der Bündelung des Erregersystems ab. Es wird meistens eine Art kosinusförmige Belegung mit ca. 10 bis 16 dB am Rand der Kollektorapertur definiert, um einen dünnen Strahl mit Nebenzipfeln unter ca. 25 dB zu erzeugen. Wird die Kollektorapertur mit einem stark gebündelten Erregerstrahl beleuchtet, so verbreitert sich entsprechend der phasengesteuerte Strahl. Niedrige Nebenzipfel können dadurch gewonnen werden, daß der Primärerreger ein Richtdiagramm ohne Schulter und mit niedrigen Nebenzipfeln aufweist, was z. B. durch einen geriffelten Hornschalter erreicht wird. Die Phasenschieber werden für eine ebene Phasenfront vor der Emitterseite eingestellt.

Die Erfindung wird anhand eines in einer Figur dargestellten Ausführungsbeispiels, das eine phasengesteuerte Antenne mit einem aus zwei getrennten Primärstrahlern bestehenden Primärerregersysiem zeigt, im folgenden erläutert.

Die in der Figur dargestellte Antennenanordnung wird von einem Sender 1 gespeist oder betreibt einen Empfänger 2, wobei die Umschaltung zwischen dem Sender 1 und dem Empfänger 2 in bekannter Weise mittels eines Sende-Empfangs-Schalters 3 vorgenommen wird. An diesen Schalter 3 ist über einen Umschalter 4 entweder ein Hornerreger 5 oder ein Hornerreger 6 einschließlich Monopulserreger angeschlossen, von denen eine Primärwelle, gewöhnlich eine Kugelwelle, ausgeht. Die von den Hornerregern 5 bzw. 6 ausgehenden Primärwellen treffen auf eine Wand von

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Strahiungsgespeiste phasengesteuerte Antennenanordnung mit einer Vielzahl von über elektronisch gesteuerte Phasenschieber gespeisten Einzelstrah- ί lern unter Verwendung eines aus einer Strahlergruppe bestehenden Primärerregersystems, bei dem unterschiedliche Bündelungscharakteristiken einstellbar sind, so daß der Strahl der Antennenanordnung hinsichtlich der Winkelbreite zwischen festen ι» Werten veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Primärerregersystem aus mehreren nebeneinander und zueinander geneigt angeordneten Hornerregern (5, 6) besteht, die unterschiedliche Bündelungscharakteristiken auf- r> weisen und zwischen denen umgeschaltet werden kann, und daß die durch die zueinander geneigte Anordnung der Hornerreger (5, 6) bedingten Phasenfehler durch die Phasenschieber (9) korrigiert we^rden.