DE3531475A1

DE3531475A1 - Mikrostrip-antenne fuer doppler-radarnavigationssysteme von flugzeugen oder dergleichen

Info

Publication number: DE3531475A1
Application number: DE19853531475
Authority: DE
Inventors: Emile Joseph Pleasantville N.Y. DeVeau; James B. Brookside N.J. Mead; Leonard Montville N.J. Schwartz
Original assignee: Singer Co
Current assignee: Singer Co
Priority date: 1984-09-14
Filing date: 1985-09-03
Publication date: 1986-03-27
Also published as: AU4180385A; JPS6172404A; US4603332A; SE8504124D0; GB8510170D0; GB2164497B; FR2570547B1; AU575934B2; IT1185021B; SE8504124L; IL75040A; CA1237809A; FR2570547A1; GB2164497A; NO852002L; IT8521123A0

Description

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Mikrostrip-Antenne für Doppler-Radarnavigationssysteme von Flugzeugen oder dergleichen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Mikrostrip-Antenne für Doppler-Radarnavigationssysteme von Flugzeugen oder dergleichen, welche mehrere koplanare, zueinander parallele Reihen miteinander verbundener Einzelstrahler und zwei Speiseleitungen zur Energiezufuhr zu den Einzelstrahlerreihen von deren Enden her aufweist.

Derartige Mikrostrip-Antennen sind bekannt (DE-OS 33 17 693). Dabei sind die Einzelstrahlerreihen jeweils am einen Ende an die eine Speiseleitung und am anderen Ende an die andere Speiseleitung angeschlossen, um emc einzige Antennenfläche zur Abstrahlung von vier Radarstrahlen zu bilden. J5 Wenn die bekannten Antennen auch unter bestimmten Bedingungen in der Regel zufriedenstellend funktionieren, so ist ihre Temperaturempfindlichkeit jedoch verhältnismäßig groß und die Uberwasserverschiebungskompensation geringer als wünschenswert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mikrostrip-Antenne der eingangs angegebenen Art zu schaffen, deren Funktionsweise ohne Vergrößerung des Platzbedarfs auf einfache Weise verbessert ist.

Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Antenne sind in den restlichen Patentansprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Antenne setzt sich sozusagen aus zwei gesonderten Mikrostrip-Antennen zusammen, welche derart miteinander verschachtelt sind, daß sie praktisch nicht mehr Platz einnehmen als jede der beiden Einzelantennen. Letztere weisen jeweils nur eine Speiseleitung auf, so daß an der jeweiligen Antennenfläche nur zwei Radarstrahlen abgestrahlt werden. Damit ist eine Reihe von Vorteilen verbunden.

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So kann jede der beiden miteinander verschachtelten Mikrostrip-Antennen vorwärts bzw. rückwärts strahlende Einzelstrahlerreihen unterschiedlicher Einzelstrahlerabstände aufweisen, wobei für jede Einzelantenne ein solcher Einzelstrahlerabstand gewählt werden kann, daß sich eine Temperaturkompensation in Richtung entlang der Flugbahn ergibt. Weiterhin läßt sich der überwassernullabgleichfehler wesentlich verringern, weil aufgrund der Antennenspeisung von nur einem Ende her die zur Erzielung eines geringen Uberwassernullabgleichfehlers erforderliche Amplitudenfunktion nur einmal zur Speisung von jedem der beiden Enden der Speiseleitungen her geändert werden muß, während bei den erwähnten bekannten Mikrostrip-Antennen die Amplitudenfunktion zweimal geändert werden muß, weil die Einzelstrahlerrcihen von beiden Enden her gespeist werden. Auch läßt sich eine geringere /* Radarstrahlbreite erzielen, weil die Amplitudenfunktion zur Speisung von einem einzigen Antennenende her optimiert werden kann.

Nachstehend ist die Erfinduhg anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Darin zeigt:

Fig. la schematisch einen von einer bewegten Antenne in der den

Geschwindigkeitvektor enthaltenden Ebene abgestrahlten

Radarstrahl;

Fig. Ib ein Diagramm zur Veranschaulichung der rückgestrahlten

Echostrahlung des Radarstrahls gemäß Fig. la in Abhängigkeit vom Einfallwinkel über Land und über Wasser bei ver

schiedenen Wasserzuständen;

Fig. Ic ein Diagramm zur Veranschaulichung der Land/Wasser-Verschiebung des Energie/Frequenz-Spektrums der Echostrahlung des Radarstrahls gemäß Fig. la;

Fig. 2 schematisch vier schräge Radarstrahlen, welche von der

Antenne eines Hubschraubers abgestrahlt werden;

Fig. 3a das Koordinatensystem einer konventionellen Antenne mit

rechteckiger Antennenfläche;

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Fig. 3b das Koordinatensystem einer Antenne mit schräger Antennen

fläche;

Fig. 3c schematisch eine Antenne mit schräger Antennenfläche, deren

Schrägungswinkel K = 45° ist;

Fig. k schematisch eine Antenne mit einer rechteckig abgestumpften

schrägen Antennenfläche;

Fig. 5 schematisch einen Teil einer bekannten Antenne;

Fig. 6a schematisch die erste Gruppe von vorwärts strahlenden Ein-

zelstrahlerreihen einer erfindungsgemäßen Antenne sowie die beiden an der davon gebildeten Antennenfläche abgestrahlten Radarstrahlen;

Fig. 6b schematisch die zweite Gruppe von rückwärts strahlenden Ein

zelstrahlerreihen derselben Antenne, welche mit den Einzelstrahlerreihen der ersten Gruppe gemäß Fig. 6a verschachtelt sind, sowie die beiden an der davon gebildeten Antennenflä

che abgestrahlten Radarstrahlen;

Fig. 7 schematisch einen Teil der erfindungsgemäßen Antenne

gemäß Fig. 6a und 6b;
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Fig. 8 ein Schaubild zur Veranschaulichung der paarweisen Radar

strahlkompensation;

Fig. 9A, B schematisch die gesamte erfindungsgemäße Antenne gemäß

Fig. 6a und 6b;

Fig. 10 ein Diagramm zur Veranschaulichung orthogonaler Amplitudenfunktionen in der Projektion auf eine rechteckige Antennenfläche;
35

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Fig. 11 ein Diagramm zur Veranschaulichung schräger Amplituden

funktionen in der Projektion auf eine rechteckige Antennenfläche;

Fig. 12 ein Schaubild zur Veranschaulichung der schrägen Amplitu

denverteilung bei einer Antennenfläche für zwei Radarstrahlen; und

Fig. 13 einen Schnitt der erfindungsgemäßen Antenne gemäß Fig. 9A

und 9B im Bereich der Durchführung zwischen einer rück

wärts strahlenden Einzelstrahlerreihe und der zugehörigen Speiseleitung.

Unabhängig davon, wie der Echostrahlungsnachlauf erfolgt, ist bei allen

** Doppler-Radarnavigationssystemen eine Land/Wasser-Verschiebung gegeben, wenn sie nicht zur Vermeidung derselben besonders ausgebildet sind. In Fig. la ist eine sich bewegende Antenne dargestellt, welche einen einzigen Radarstrahl der Breite Δ V* in der Ebene des Geschwindigkeitsvektors im Winkel "t** zum Geschwindigkeitsvektor abstrahlt, der auf die rückstrahlende Fläche im Winkel Φ _Q einfällt, welcher zum Winkel lf**_Q zwischen dem Geschwindigkeitsvektor und der Radarstrahlmittelachse komplementär ist. über Land ergibt die gleichmäßige Rückstrahlung gemäß Fig. Ib das in Fig. Ic mit ausgezogenen Linien wiedergegebene Energie/Frequenz-Spektrum, dessen Mitte eine Funktion des Winkels "fn ^ur>d dessen Breite eine Funktion der Radarstrahlbreite Δ Tf* ist. Beim Flug über Wasser ist die Rückstrahlung gemäß Fig. Ib ungleichförmig, wobei größeren Einfallwinkeln γ
bzw. kleineren Winkeln V* niedrigere Rückstrahlungskooeffizienten zugeordnet sind. Da kleineren Winkeln V* höhere Frequenzen des Doppler-Spektrums zugeordnet sind, werden letztere in bezug auf die niedrigeren Frequenzen

^O gedämpft, so daß der Spektrurnschcitel zu einer niedrigeren Frequenz verschoben wird. Diese Land/Wasser-Verschiebung liegt entsprechend den jeweiligen Antennenparametern im allgemeinen zwischen 1 % und 3 %.

Die dreidimensionale Situation ist verwickelter, wie Fig. 2 veranschaulicht, ** welche einen Hubschrauber zeigt, der entlang der waagerechten X-Achse

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fliegt. Ein rechteckiges Antennensystem erzeugt vier schräg nach unten gerichtete Radarstrahlen Nr. 1 bis ^, welche jeweils mit der X-Achse, der dazu senkrechten, ebenfalls waagerechten Y-Achse und der sowohl zur X-Achse als auch zur Y-Achse senkrechten Z-Achse einen bestimmten Winkel einschließen, beispielsweise der Radarstrahl Nr. 2 den Winkel Y^₀ bzw. ο ₀ bzw. γ ₀.

Eine konventionelle Antenne mit rechteckiger Antennenfläche, wie sie in Fig. 3a mit dem zugehörigen Koordinatensystem dargestellt ist, weist eine Amplitudenfunktion A (x, y) auf, welcher als das Produkt zweier gesonderter Funktionen f (x) und g (y) bezüglich der X-Achse bzw. der Y-Achse beschrieben werden kann, also in der Form A (x, y) = f (x) . g (y). Man spricht daher davon, daß das Strahlungsdiagramm nach den Winkeln If" und ά "getrennt" werden kann. Da der Rückstrahlungskoeffizient über Wasser sich mit dem Einfallwinkel C^ ändert, ist ein nach den Winkeln T* und γ anstatt nach den Winkeln Y^ und © "trennbares" Strahlungsdiagramm wünschenswert. Ein solches Strahlungsdiagramm würde die Land/Wasser-Verschiebung weitestgehend beseitigen. Fig. 3b zeigt ein schrägachsiges Koordinatensystem zur Erzielung eines nach den Winkeln Ϋ" und ψ/ "trennbaren" Strahlungsdiagramms, wobei die Y'-Achse mit der Projektion der Radarstrahlmittelachse auf die X/Y-Ebene zusammenfällt und mit der Y-Achse den Schrägungswinkel K einschließt.

Fig. 3c veranschaulicht eine Antenne mit schräger Antennenflä-

ehe (Schrägungswinkel K = 45°), deren Amplitudenfunktion A (x, y¹) das Produkt der beiden gesonderten Funktionen f (x) und g¹ (y¹) bezüglich der X-Achse bzw. der Y-Achse ist, so daß also A (x, y') = f (x) . g¹ (y'). Das Strahlungsdiagramm kann nach dem Winkel f* und dem Winkel γ zwischen der Y'-Achse und der Radarstrahlmittelachse "getrennt" werden, ferner in der Nähe des Radarstrahlzentrums in enger Näherung auch nach den Winkeln f und ti/ , so daß eine weitcstgehende Unabhängigkeit von der Land/Wasser-Verschiebung gegeben ist. Allerdings bleiben gemäß Fig. 3c beträchtliche Bereiche der rechteckigen Montagefläche unausgenutzt, so daß der Gewinn niedriger als im Fall der Belegung der gesamten rechteckigen Fläche mit Einzelstrahlern ist. Darüberhinaus begrenzt die kurze Länge 1

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der Reihen von Einzelstrahiern deren Anzahl in jeder Reihe, was einen unannehmbar niedrigen Einführungsverlust bewirken kann.

3edoch ist es gemäß Fig. 4 möglich, eine schräge Antennenfläche

unter Beibehaltung der gewünschten "Trennbarkeit" rechteckig "abzustumpfen", wobei der Schrägungswinkel K so modifiziert werden kann, daß eine den Auswirkungen dieses "Abstumpfens" entgegenwirkende Uberkompensation erzielt wird.

IQ Alledem trägt die in Fig. 5 dargestellte bekannte Mikrostrip-Antenne gemäß DE-OS 33 17 693 Rechnung, bei welcher eine Speiseleitung 1 mit mehreren koplanaren, zueinander parallelen Reihen von Einzelstrahlern 2 verbunden ist, welche jeweils als ein an den Kanten Energie abstrahlender Halbwellenresonator ausgebildet und durch Phasenglieder 3 miteinander verbunden

j5 sind. Die Einzelstrahlerreihen sind jeweils durch einen zweistufigen Transformator 4 an die aus einer Reihe von Phasengliedern 5 gleicher Länge bestehende Speiseleitung 1 angeschlossen, welche eine Wanderwellenbaueinheit mit Breitbandbegrenzung nur durch den übertragungsweg und die Strahlerbandbreite darstellt, wobei der hohe Gütefaktor Q der Einzelstrahler 2, die Bandbreite auf wenige Prozent der Betriebsfrequenz begrenzt.

Zur Steuerung der Radarstrahlbreite und -gestalt sowie des Seitenkeulenniveaus muß die von jedem Einzelstrahler 2 abgestrahlte Energie genau eingestellt werden, welche zu der mit der Wellenlänge, der Leitungsimpedanz und der Einzelstrahlerbreite verknüpften Einzelstrahlerleitfähigkeit proportional ist. Die Phasenglieder 3 der Einzelstrahlerreihen bestimmen den Radarstrahlwinkel bezüglich der Achse der Einzelstrahlerreihen, die Phasenglieder 5 der Speiseleitung 1 den Radarstrahlwinkel in der zu den Einzelstrahlerreihen senkrechten Ebene. Die zweistufigen Transformatoren t* bestimmen

3Q die von der Speiseleitung 1 in die jeweilige Einzelstrahlerreihe abgezweigte Energie. An jeder Stelle der Speiseleitung 1 steht soviel Energie zur Verfügung, wie der gesamten Eingangsenergie abzüglich der von allen vorgeschalteten Einzelstrahlerreihen abgezogenen Energie entspricht.

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Die erfindungsgemäße Antenne funktioniert wie zwei unabhängige Antennen gemäß Fig. 5, wobei jedoch diese beiden Antennen derart miteinander verschachtelt werden, daß die Antennenflächen in derselben Ebene übereinander liegen, wodurch der Platzbedarf auf ein Minimum reduziert ist.
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In Fig. 6a und 6b sind die beiden AntennenfJachen einer erfindungsgemäßen Antenne vereinfacht wiedergegeben, ebenso wie die zugehörigen Radarstrahlen Nr. 1 bis k. Die Antennenfläche gemäß Fig. 6a besteht aus einer ersten Gruppe von 2k koplanaren, zueinander parallelen, vorwärts strahlenden Emzelstrahlerreihen A. bis Α-λ» welche an eine einzige rückwärts strahlende Speiseleitung 10 mit zwei Speiseeingängen 28 und 29 angeschlossen sind, die Antennenfläche gemäß Fig. 6b aus einer zweiten Gruppe von 2k koplanaren, zueinander parallelen, rückwärts strahlenden Einzelstrahlerreihen A¹. bis A'-^» welche ebenfalls an eine einzige rückwärts strahlende Speiseleitung 18 mit zwei Speiseeingängen 2k und 30 angeschlossen sind. Die vier Speiseeingänge 28, 29, 30 und 2k werden nacheinander beaufschlagt, um den Radarstrahl Nr. 1 bzw. 2 bzw. 3 bzw. k zustande kommen zu lassen. Eine fortschreitende Welle, welche in eine vorwärts/rückwärts strahlende Baueinheit eintritt, bewirkt bekanntlich einen vorwärts/rückwärts gerichteten Radarstrahl.

Die gegenseitige Verschachtelung der Einzelstrahlerreihen A. bis A-^. der ersten Gruppe, bei denen die Einzelstrahler durch große Phasenglieder miteinander verbunden sind, und der Einzelstrahlerreihen A¹. bis A¹-^ der zweiten Gruppe, bei denen die Einzelstrahler durch kleine Phasenglieder miteinander verbunden sind, geht aus Fig. 7 hervor. Sie sind in derselben Ebene so miteinander verschachtelt, daß die Einzelstrahlerreihen A. bis A_. der ersten Gruppe die geradzahligen Reihen und die Einzelstrahlerreihen A'. bis A'-. der zweiten Gruppe die ungeradzahligen Reihen der erfindungsgemäßen Antenne bilden. Dabei sollte der gegenseitige Abstand d einander benachbarter Einzelstrahlerreihen A\ und A. bzw. A. und A'- bzw. ... so groß wie möglich gehalten werden, um eine gute Isolierung zwischen den beiden gesonderten Antennenflächen zu erhalten, was allerdings mit die Steuerung der Radarstrahlgestalt erschwerenden Beschränkungen hinsichtlich der Einzclstrahlerbreite verbunden ist, so daß insoweit ein Kompromiß eingegangen

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werden muß, um eine solche Einzelstrahlerbreite zu erhalten, wie für eine zufriedenstellende Funktionsweise der Antenne im Hinblick auf das "t* -Bild, Seitenkeulen und den Überwassernullabgleichfehler erforderlich.

Fig. 9A und 9B veranschaulichen die gesamte erfindungsgemäße Antenne mit den beiden koplanaren Antennenflächen gemäß Fig. 6a und 6b. Die erste Gruppe von Einzelstrahlerreihen A. bis Α~λ und die zweite Gruppe von Einzelstrahlerreihen A' bis A^ sind als geätzte gedruckte Schaltung 6 ausgebildet, desgleichen die beiden Speiseleitungen 10 und 18 als geätzte gedruckte Schaltung 17 bzw. 17'. Die gedruckte Schaltung 6 und die gedruckte Schaltung 17 sind koplanar angeordnet, wobei letztere über zweistufige Transformatoren mit den vorwärts strahlenden Einzelstrahlerreihcn A. bis /K-. der gedruckten Schaltung 6 verbunden ist. Beispielsweise ist zwischen der Einzelstrahlerreihe A. und der zugehörigen Verknüpiungsstelle 8 der Speiseleitung 10 ein zweistufiger Transformator 19, 19a vorgesehen. Der letzten EinzelstrahlerYeihe IK^n au* d^cr in Fig. 9A und 9B rechten Seite ist die Verknüpfungsstelle 9 der Speiseleitung 10 zugeordnet.

Die Einzelstrahlerreihen A'. bis A'-^ der zweiten Gruppe müssen ohne Beeinflussung der Einzelstrahlerreihen A. bis /K-. der ersten Gruppe zugänglich sein, so daß es erforderlich ist, die Speiseleitung 18 der zweiten Gruppe von Einzelstrahlerreihen A'. bis A'-. in entsprechendem Abstand und entsprechend isoliert anzuordnen. Daher sind die die Speiseleitung 18 bildende gedruckte Schaltung 17' einerseits und die die Einzelstrahlerreihen A. bis IK-. der ersten Gruppe sowie die Einzelstrahlerreihen A¹. bis A¹-. der zweiten Gruppe bildende gedruckte Schaltung 6 und die die Speiseleitung 10 bildende gedruckte Schaltung 17 andererseits auf der einen bzw. der anderen Seite eines Substrates ausgebildet und Durchführungen durch das Substrat hindurch vorgesehen, um die gedruckte Schaltung 17* auf der einen Substratseite mit der zugehörigen zweiten Gruppe von rückwärts strahlenden Einzelstrahlerreihen Α', bis A' ^ auf der anderen Substratseite zu verbinden, auf deren in Fig. 9B untere Speiseenden die gedruckte Schaltung 17' der zugehörigen Speiseleitung 18 ausgerichtet ist. Beispielsweise ist eine Durchführungszunge 34 am Speiseende der ersten Einzelstrahlerreihe A'. auf der in Fig. 9A und 9B linken Seite mit einer fluchtenden Durchführungszunge

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36 der gedruckten Schaltung 17' verbunden, wie in Fig. 9B mit einer gestrichelten Linie angedeutet, wobei die Durchführungszunge 36 durch einen leitenden Abschnitt 41 der gedruckten Schaltung 17' an einen zweistufigen Transformator 38, 40 angeschlossen ist, mittels welchem die an der dem Speiseeingang 24 der Speiseleitung 18 benachbarten Verknüpfungsstelle 27 abgezogene Energie der Einzelstrahlerreihe A'. zugeführt wird. In gleicher Weise ist die dem anderen Speiseeingang 30 der Speiseleitung 18 benachbarte Verknüpfungsstelle 32 der Speiseleitung 18 über einen zweistufigen Transformator 42, 44, einen leitenden Abschnitt 31 sowie eine Durchführungszunge 20 der gedruckten Schaltung 17', eine durch eine gestrichelte Linie angcdeu-[0 tete, durch das Substrat hindurchgeführte Verbindung und eine Durchführung«. zunge 21 am Speiseende der letzten rückwärts strahlenden Einzelstrahlorreihe A'_. an dieselbe angeschlossen.

Fig. 13 veranschaulicht die Durchführungsverbindung zwischen der gedruckten Schaltung 17* und den rückwärts strahlenden Einzelstrahlerreihen A¹. bis A'-^ der gedruckten Schaltung 6, und zwar unter Bezugnahme auf die Einzelstrahlerreihe A¹ jh' Deren Durchführungszunge 21 fluchtet mit der zugehörigen Durchführungszunge 20 der gedruckten Schaltung 17', welche sich in einer anderen Ebene im Abstand von der Durchführungszunge 21 erstreckt. Die beiden Durchführungszungen 20 und 21 sind durch einen Durchführungsstift 50 miteinander verbunden, welcher mit den beiden ausgeätzten Durchführungszungen 20 und 21 verlötet ist und zwei Bohrungen 46 sowie 48 eines ersten Substrats für die gedruckte Schaltung 6 bzw. eines zweiten Substrats für die gedruckte Schaltung 17' sowie eine Bohrung 23 größeren Durchmessers einer ersten Aluminiumgrundplatte und einer zweiten Aluminiumgrundplatte durchsetzt, welche jeweils mit dem ersten Substrat bzw. dem zweiten Substrat verbunden sind.

Wenn ein Doppler-Radarnavigationssystem genaue Geschwindigkeitsinformationen liefern soll, dann müssen die von seiner Antenne abgestrahlten Radarstrahlen so stabil wie möglich bleiben. 3egliches Radarstrahlwinkeldriften in Abhängigkeit von der Frequenz und der Temperatur bewirkt einen beträchtlichen Geschwindigkeitsfehler und muß daher auf ein Mindestmaß reduziert werden, so daß der relative Abstand zwischen den vier abgestrahlten Radarstrahlen konstant bleibt. Dieses läßt sich bei der erfindungsgemäßen Antenne

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mit mehreren Maßnahmen erreichen, einschließlich der Anwendung der einander abwechselnden vorwärts strahlenden Einzelstrahlerreihen A. bis f\~. und rückwärts strahlenden Einzelstrahlerreihen A\ bis A'_. sowie der Auswahl verschiedener Einzelstrahlerabstände für :jede der/ beiden entsprechenden Antennenflächen.

Für den in Radian von der Speisungs-VReihen-Achse gemessenen Radarstrahlwinkel θ gilt:

cos θ

= ( -ff¹. I - A₀) / S ,

mit S = Abstand der Einzelstrahlerreihen oder der Einzelstrahler voneinander, ν = Phasengliedlänge, ξ - Dielektrizitätskonstante und A_Q = Wellenlänge im freien Raum. Von Bedeutung sind die folgenden partiellen Dificrentiale:

dfi/dt = [(cos θ + A₀/S)/(2 . sin θ)].(<, -C(A₀ ·Κ_$)/(5 . sin O)]

dS/df = λ ₀ / CS . sin θ . f),
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mit 0C< = dielektrischer Temperaturkoeefizient, Xc = Substratausdehnungskoeffizient und f = Frequenz (Hz).

Diese Größen können durch Änderung der Einzelstrahlerabstände eingestellt werden. Alle anderen Parameter sind entweder vorgegebene System- oder vorgegebene Materialgrößen.

Ein Radarstrahlpaar kann kompensiert werden, indem man das Mittel der temperatur- und frequenzbedingten Radarstrahlabweichungen auf ein Mindestmaß reduziert. Wenn der rückwärts abgestrahlte und der vorwärts abgestrahlte Radarstrahl gemäß Fig. 8 sich mit derselben Geschwindigkeit bewegen, dann vergrößert sich zwar der Winkel θ^ρ des ersteren und verringert sich der Winkel θ_ρρ des letzteren, jedoch bleibt das Mittel von cos θ_βρ und cos θρρ im wesentlichen konstant. Bei der erfindungsgemäßen Antenne wird das V* -Radarstrahlpaar entlang der Flugbahn abwechselnd von den

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vorwärts strahlenden Einzelstrahlerreihen A. bis A-. der Antennenfläche gemäß Fig. 6a und den rückwärts strahlenden Einzelstrahlerreihen A¹. bis Α'_2ί, der Antennenfläche gemäß Fig. 6b abgestrahlt. Mittels Versuchen lassen sich die Abstände der ersteren und der letzteren so einstellen, daß ein Kompromiß zwischen der Frequenz- und der Temperaturkompensation erzielt wird.

Der Geschwindigkeitsfehler quer zur Flugbahn hängt von den Änderungen des Winkels ο ab, welcher durch die Speisung gesteuert wird. Wenn" bei der Verwendung der rückwärts strahlenden Speiseleitungen 10 und 18 der Einzelstrahlerreihenabstand S^ . gemäß Fig. 5 so gewählt wird, daß

er gleich der Phasengliedlänge L· . gemäß Fig. 5 ist, dann ergibt sich

eine gerade Speiseleitung 10 bzw. 18, welche den größtmöglichen Einzelstrahlerreihenabstand S bei einem rückwärts abgestrahlten Radarstrahl erster Ordnung vermittelt.

Die oben geschilderte Anordnung führt zu einer minimalen, aber symmetrischen Bewegung der Radarstrahlen bezüglich der Antennenquerachse und ergibt einen minimalen Geschwindigkeitsfehler quer zur Flugbahn unter Aufrechterhaltung der Radarstrahlsymmetrie um die Antennenquerachse. Wenn dagegen zwei unterschiedliche Speiseleitungen 10 und 18 verwendet werden, beispielsweise eine vorwärts strahlende Speiseleitung 10 für die erste Gruppe von Einzelstrahlerreihen A. bis A-. und eine rückwärts strahlende Speiseleitung 18 für die zweite Gruppe von Einzelstrahlerreihen A¹. bis A¹-., dann bewegen sich das eine Paar von Querstrahlen und das andere Paar von Querstrahlen in einander entgegengesetzten Richtungen und ergibt sich ein Geschwindigkeitsfehler quer zur Flugbahn, welcher sich nicht wesentlich mit der Temperatur und der Frequenz ändert.

Die von jedem Einzelstrahler einer rechteckigen Antenne abgestrahlte Energie ist normalerweise durch das Produkt zweier Amplitudenfunktionen A. und A- entlang zweier zueinander senkrechter Achsen, nämlich der Y-Achse bzw. der X-Achse gemäß Fig. 10, bestimmt. Diese orthogonalen Funktionen A. und A- lassen einen Radarstrahl entstehen, welcher nach den von der X-Achse und der Y-Achse zum Radarstrahl gemessenen Winkeln 7° und i»

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"getrennt" werden kann. "Trennbarkeit" nach den Winkeln γ* und Φ kann näherungsweise durch eine Amplitudenverteilung erzielt werden, welche durch Funktionen hervorgebracht wird, die auf die Y-Achse und die X'-Achse gemäß Fig. 11 bezogen sind. Eine solche Antennenfläche läßt einen hinsichtlieh der Uberwasserverschiebung kompensierten Radarstrahl nur im zweiten Quadranten zustande kommen. Wenn zwei Radarstrahlen durch die Antenne erzeugt werden müssen, wie bei der erfindungsgemäßen Antenne bezüglich der einen Antennenfläche gemäß Fig. 6a und der anderen Antennenfläche gemäß Fig. 6b der Fall, an denen jeweils die beiden Radarstrahlen Nr. 1 und 2 bzw. Nr. 3 und k abgestrahlt werden, dann kann die Amplitudenverteilung um die Y-Achse gedreht werden, um kompensierte Radarstrahlen im ersten Quadranten und im zweiten Quadranten zu erzielen, wie in Fig. 12 veranschaulicht. Zwar ergibt sich aufgrund der Schra'gungsa'nderung in der zweiten Hälfte der Antennenöffnung eine Verzerrung der Radarstrahlgcstalt, was die Uberwasserverschicbungskompensation etwas verringert, jedoch läßt sich diese Verzerrung durch eine solche Ausbildung der Antenne auf ein Mindestmaß reduzieren, daß sie größtenteils an der Eingangshälfte der Antennenfläche abstrahlt.

Bei der erfindungsgemäßen Antenne ist die Uberwasserverschiebungskompensation dadurch sehr verbessert, daß ο -Speisungen angewendet werden und an jeder Antennenfläche nur zwei Radarstrahlen abgestrahlt werden müssen. Die beiden voneinander unabhängigen Antennenflächen sind im übrigen auch noch insofern vorteilhaft, als sie die Möglichkeit eröffnen, die in manchen Fällen gegebene Längsneigungswinkelabweichung zu kompensieren. Manche Flugkörperzellen erfordern eine Antennenanbringung in einem bestimmten Winkel bezüglich der X-Achse gemäß der Fig. 2, so daß die vorderen Radarstrahlen Nr. 1 und 2 zur Antennennormalen hin die hinteren Radarstrahlen Nr, 3 und U von der Antennennormalen weg geneigt werden müssen, um die Neigung der Antenne zu kompensieren, mit welcher sie montiert ist. Bei Antennen mit nur einer einzigen Antennenfläche ist eine solche Kompensation nicht möglich, weil die an derselben abgestrahlten Radarstrahlen nicht unabhängig voneinander bewegt werden können.

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Claims

PATENTANWALT DIPL.-ING. WOLF D. OEDEKOVEN 3531475 03.09.1985 l/Da THE SINGER COMPANY, Stamford, Connecticut 0690fr, USA Patentansprüche 10

1. Mikrostrip-Antenne für Doppler-Radarnavigationssystemc von Flugzeugen oder dergleichen, welche mehrere koplanare, zueinander parallele Reihen miteinander verbundener Einzelstrahler und zwei Speiseleitungen zur Energiezufuhr zu den Einzelstrahlcrreihcn von deren Enden her aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) eine erste Gruppe von vorwärts strahlenden Einzelstrahlerreihen (A.

bis A-j) ^ur*d ^ei^ne zweite Gruppe von rückwärts strahlenden Einzelstrah-

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lerreihen (A. bis A-J vorgesehen sind,

b) die Einzelstrahlerreihen (A. bis IK₇₁) der ersten Gruppe und die Einzelstrahlerreihen (A'. bis A'-,^) der zweiten Gruppe unter Bildung je einer Antennenfläche miteinander verschachtelt sind und

c) die beiden Speiseleitungen (10, 18) jeweils nur mit den einen Enden der Einzelstrahlerreihen (A. bis A_.) der ersten Gruppe bzw. den einen Enden der Einzelstrahlerreihen (A'. bis A¹-.) der zweiten Gruppe zum Abstrahlen von zwei Radarstrahlen je Antennenfläche verbunden sind.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Temperaturkompensation in Richtung entlang der Flugbahn die Einzelstrahlerreihen (A. bis A-.) der ersten Gruppe einen anderen Einzelstrahlerabstand als die Einzelstrahlerreihen (A' bis A' .) der zweiten Gruppe aufweisen.

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3. Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennze ichnet , daß jede Antennenfläche zur Kompensation der Antennenmontageneigung bezüglich der X-Achse einen unterschiedlichen Radarstrählwinkel Y" vermittelt.

4. Antenne nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennze ichnet, daß die Einzelstrahlerreihen (A. bis A-., A'. bis A'_.) als gedruckte Schaltung (6) ausgebildet sind.

5. Antenne nach Anspruch 1, 2, 3 oder k, dadurch gekennze ichnet, daß die Speiseleitung (10) für die Einzelstrahlerreihen (A. bis A-.) der ersten Gruppe gerade und als gedruckte Schaltung (17) ausgebildet ist, welche koplanar und quer zu den Einzclstrahlerrcihen (A. bis A_.) angeordnet ist.

6. Antenne nach Anspruch 1, 2, 3, k oder 5, dadurch gekennzeich net, daß die Speiseleitung (18) für die Einzelstrahlerreihen (A'. bis A'-^)
der zweiten Gruppe gerade und als gedruckte Schaltung (17') ausgebildet ist, welche quer zu den Einzelstrahlerreihen (A'. bis A'-J angeordnet ist.

7. Antenne nach Anspruch 6, dadurch gekennze ichnet , daß die gedruckte Schaltung (17') und die Einzelstrahlerreihen (A'. bis A'_J in verschiedenen Ebenen einander überlappend angeordnet und mittels Durchführungselementen (50) miteinander verbunden sind.

8. Antenne nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Speiseleitung (10) vorwärts strahlend und die andere Speiseleituhg (18) rückwärts strahlend ausgebildet ist.

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