DE1766002B1 - Integriertes radarantennensystem - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein integriertes Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher Radarantennensystem mit einer ersten Antenne, die beschrieben. Es zeigt

aus einem im wesentlichen parabolischen Reflektor Fig. 1 eine perspektivische Vorderansicht einer

ungleicher Höhen- und Breitenabmessungen und möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen einem im Brennpunkt dieses Reflektors angeordneten 5 Antennensystems,
Hornstrahler besteht, zum Erzeugen eines ersten ge- F i g. 2 zwei Antennendiagramme,

richteten Strahlungsdiagramms, und mit einer zweiten F i g. 3 eine Seitenansicht eines der Strahler-

Antenne, die aus dem Reflektor der ersten Antenne elemente, wie diese bei der Ausführungsform nach und einer Anzahl einzelner Strahlerelemente zum Er- F i g. 1 verwendet werden, sowie einen Schnitt der zeugen eines mit dem ersten Strahlungsdiagramm ίο Durchführung des Strahlerelementes durch den gleichgerichteten zweiten Strahlungsdiagramms be- Hauptreflektor,
steht. Fig. 4A und 4B eine vergrößerte Teildarstellung

Integrierte Antennensysteme der obenerwähnten des in F i g. 3 gezeigten Querschnittes,
Art weisen im Vergleich zu Systemen, bei denen zu Fig. 5A und 5B ein in zwei Keulen aufgeteiltes

demselben Zweck zwei durch ein und dasselbe Ge- 15 Antennendiagramm der zweiten Antenne,
stell getragene, jedoch völlig getrennte Antennen ver- F i g. 6 eine mögliche Ausführung der in Bandwendet werden, den Vorteil einer Raum- und Ge- leitertechnik ausgebildeten Speiseleitungen,
wichtseinsparung sowie einer geringeren Windemp- Im integrierten Radarantennensystem, wie dies in

findlichkeit auf. Bei den bekannten integrierten An- F i g. 1 dargestellt ist, stellt 1 einen parabolischen tennensystemen der obenerwähnten Art wird die 20 Reflektor mit ungleichen Höhen- und Breitenabmes-Eigenschaft, daß beide Strahlungsdiagramme nahezu sungen dar. Im Brennpunkt dieses Reflektors ist ein gleichgerichtet sind, dadurch erreicht, daß die zur Hornstrahler 2 angeordnet, der durch Stangen 3 und zweiten Antenne gehörigen einzelnen Strahlerelemente 4 am Reflektor befestigt ist. An den Hornstrahler 2 aus zwei je mit einem Hilfsreflektor versehenen ist ein Hohlleiter 5 angeschlossen, der bei dieser AusDipolen bestehen, die auf beiden Seiten des erwähn- 25 bildung rückwärts geführt ist und zusammen mit dem ten Hornstrahlers in einem derartigen gegenseitigen Reflektor 1 an dem Gestell 6 befestigt ist. Der Abstand angeordnet sind, daß sie zusammen als eine Reflektor 1 und der Hornstrahler 2 bilden zusammen zweite im Brennpunkt angeordnete primäre Strah- eine erste Antenne zur Erzeugung eines ersten gelungsquelle für den Hauptreflektor wirksam sind. richteten Strahlungsdiagramms, das in F i g. 2 mit a

Diese bekannte Antennenkonfiguration weist jedoch 30 bezeichnet ist. Das System enthält weiter eine zweite den Nachteil auf, daß ihre Bemessung wenig flexibel Antenne, die aus dem Reflektor der erwähnten ersten ist, was die Anwendungsmöglichkeiten stark be- Antenne und einer Anzahl einzelner Strahlerelemente 7 schränkt. So sind die Abmessungen der ersten An- besteht. Diese zweite Antenne dient zur Erzeugung tenne (Reflektor+Hornstrahler) durch die Wellen- eines mit dem erwähnten ersten Strahlungsdiagramm α länge A₁ des dem Hornstrahler zugeführten Signals 35 gleichgerichteten zweiten Strahlungsdiagramms, das in und durch die gewünschte Form des erwähnten ersten F i g. 2 mit b bezeichnet ist.

Strahlungsdiagramms bestimmt. Der Einfallswinkel Erfindungsgemäß wird nun ein besonders günstiges

des durch die beiden Dipole gebildeten Primärstrah- und vorteilhaftes integriertes Radarantennensystem lers der zweiten Antenne ist jedoch praktisch durch geschaffen, wenn die einzelnen Strahlerelemente vor die Wellenlänge λ₂ des diesen Dipolen zugeführten 40 dem parabolischen Reflektor 1 in gewissem Abstand Signals bestimmt. Die Wellenlängen X₁ und 2₂ müssen nebeneinander angeordnet sind und durch den Reflekdabei außerdem derart verschieden sein, "daß der tor 1 getragen werden und wenn sie derart an die auf Hornstrahler, dessen Mindestabmessungen durch X₁ der Rückseite des Reflektors befindlichen Speiseleibestimmt sind, zwischen die Dipole paßt, deren gegen- tungen angeschlossen sind, daß eine ebene Wellenseitiger Abstand etwa ¹IzI₂ beträgt. In der Praxis 45 front erhalten wird. Die einzelnen Strahlerelemente führt dies in den meisten Fällen zu einem Kompro- können beispielsweise durch Dipolstrahler gebildet miß, wobei ein erheblicher Teil der Energie des zwei- werden. Bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausfüllten Primärstrahlers über den Rand des Hauptreflek- rungsbeispiel bestehen jedoch die einzelnen Strahlertors hinausgeht. Diese bekannte Antennenkonfigura- elemente aus Einzelpolstrahlern, die zum Anschluß tion wird unbrauchbar, sobald die infolge des oben- 50 an die auf der Rückseite des Reflektors befindlichen erwähnten Effektes auftretende Rückwärtsstrahlung Speiseleitungen durch den Reflektor geführt sind und unzulässig groß wird. die an der Vorderseite des Reflektors rechtwinkelig

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine abgebogen sind, so daß eine vertikale Polarisation erintegrierte Radarantenne zu schaffen, die einfach und halten wird. Die Verwendung von Einzelpolstrahlern außerdem in technisch-konstruktiver Hinsicht beson- 55 als Strahlerelemente bietet den wichtigen Vorteil, daß ders flexibel ist, so daß die Anwendungsmöglichkeit für die an der Rückseite des Reflektors befindlichen dieser Antenne in bedeutendem Maße vergrößert Speiseleitungen ein in »Tri-plate« ausgeführter Bandwird, leiter verwendet werden kann, wodurch die Konstruk-

Erfindungsgemäß ist ein integriertes Radaranten- tion einfach wird und außerdem eine Gewichtseinnensystem der eingangs beschriebenen Art dazu der- 60 sparung zur Folge hat. In »Tri-plate« ausgebildete art ausgebildet, daß die einzelnen Strählerelemente Bandleiter-Speiseleitungen sind wohlbekannt und beivor dem parabolischen Reflektor in gewissem Ab- spielsweise in »IRE Transactions«, Vol. MTT-3, stand nebeneinander angeordnet sind und durch den Special Issue, March 1955/2, S. 21 vv., beschrieben Reflektor getragen werden und daß sie derart an die worden, so daß hier die Erwähnung genügt, daß die auf der Rückseite des Reflektors befindlichen Speise- 65 elektromagnetische Energie bei einem »Tri-plate«- leitungen angeschlossen sind, daß eine ebene Wellen- Bandleiter über einen flachen Innenleiter durch ein front erhalten wird. Dielektrikum geführt wird, das sich zwischen zwei

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den flachen Bodenplatten befindet und daß sich ein der-

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artiger Leiter unter Anwendung der bei den ge- länge des Signals im freien Raum ist. Daraus geht

druckten Schaltungen angewandten Verfahren leicht hervor, daß die Höchstzahl der Strahlerelemente der

herstellen läßt. Bei der Ausführungsform, wie sie in zweiten Antenne einerseits durch die Wellenlänge A₀

Fig. 1 dargestellt ist, sind die Einzelpolstrahler zur und andererseits durch die Breitenabmessung des

weiteren Gewichtseinsparung aus Aluminium her- 5 Reflektors gegeben ist.

gestellt. Jeder Strahler besteht, wie F i g. 3 zeigt, aus Die Wellenlänge A₀ und die Breite des Reflektors einem plattenförmigen Teil 8, der z. B. hartgelötet in sind ebenfalls für die azimutale Breite des Antennendem dazu mit einem Einschnitt versehenen Ende eines diagramms der zweiten Antenne maßgebend. So wird, Durchführungsstiftes 9 befestigt ist. Der Teil der wenn die Wellenlänge A₀ verhältnismäßig groß und Platte 8 über dem erwähnten Durdhführungsstift ist io die Breite des Reflektors verhältnismäßig klein ist, gleich ¹IiX, wobei X die Wellenlänge des den Einzel- die azimutale Breite des Antennendiagramms verpolstrählern zugeführten Signals ist. Der unter dem hältnismäßig groß sein. Somit ist nur ein geringes Durchführungsstift 9 befindliche Teil der Platte 8 ist Auflösungsvermögen in 'horizontaler Richtung mögderart bemessen, daß die Eingangsimpedanz des Ein- Hch. Das erfindungsgemäße Antennensystem zeichnet zelpoles den zur Ausstrahlung der Höchstleistung er- 15 sich besonders dadurch aus, daß es die Möglichkeit forderlichen Wert hat. Diese Anpassungsweise hat bietet, mit Hilfe eines aus der Monopulsradartechnik den wichtigen Vorteil, daß die Platte 8 verhältnis- an sich bekannten Verfahrens eine bedeutende Hermäßig dünn sein kann, wodurch erreicht wird, daß absetzung der azimutalen Breite des Antennendas Antennendiagramm der ersten Antenne (Reflek- diagramms zu erzielen. Dazu ist es erforderlich, das tor+Hornstrahler), die mit horizontaler Polarisation so Strahlungsdiagramm der zweiten Antenne in zwei arbeitet, nicht durch die vor dem Reflektor angeord- einander überlappende Bündel aufzuteilen, wie es neten Einzelpolstrahler beeinträchtigt wird. Die F i g. 5 A zeigt. Der Uberlappungspunkt dieser Bündel Platte 8 ist derart ausgebildet, daß die Breite des liegt auf etwa — 3 db. Mit z.B. einer Ringhybride Teiles über dem Durchführungsstift nach oben hin oder einem magischen T werden die Bündel addiert allmählich abnimmt, wodurch dieser Teil weniger 25 (Σ) und subtrahiert (A). Das Summendiagramm erleicht in mechanische Schwingung gerät, gibt dabei, wie Fig. 5B zeigt, eine einzige Keule,

Wie Fig. 3 weiter zeigt, ist der Durchführungs- deren Maximum auf der Antennenachse liegt. Dieses stift 9 an dem von der Platte 8 abgewandten Ende Summendiagramm ist auch das Sendediagramm. Das durch ein rohrförmiges Isolierstück 10 fest umgeben, Differenzdiagramm ergibt eine doppelte Keule, deren das genau in ein Distanzstück 11 mit zugehörigem 30 Minimum auf der Antennenachse liegt. Die am Aus-Verschlußring 12 paßt. Das Distanzstück und der gang der Ringhybride oder des magischen T auf-Verschlußring sind aus Metall und haben je einen tretenden Summen- und Differenzsignale können Flansch. Bei Einführung in eine an der richtigen weiter auf die beim Monopulsradar übliche Weise Stelle in der Reflektoroberfläche angebrachte Boh- verarbeitet werden. Die obenerwähnten Summen- und rung ist das Ganze mit Hilfe eines Klemmringes 13, 35 Differenzbündel können auf einfache Weise dadurch der die beiden Flansche aufeinander und an die Vor- erhalten werden, daß die Bandleiter-Speiseleitung so derseite des Reflektors festklemmt, befestigt. Die Vor- ausgebildet ist, wie es schematisch in F i g. 6 darderseite des Reflektors hat an der Stelle des erwähn- gestellt ist. Darin stellt 24 eine Ringhybride dar. Der ten Klemmringes eine Vertiefung, so daß der mon- Umfang dieser Ringhybride beträgt \\ X. Bei 25 ist tierte Klemmring versenkt in der Reflektoroberfläche 40 die Ringhybride an eine Ausgangsklemme für das liegt. Differenzsignal Δ angeschlossen, während sie bei 26

Die aus »Tri-plate«-Bandleitern bestehende Speise- an eine Ausgangsklemme für das Summensignal Σ leitung ist in F i g. 3 mit 14 bezeichnet. Dieser Teil, angeschlossen ist. Rechtsherum längs der Hybride geder mit Hilfe von Schrauben 15 und einer kreisförmi- messen ist der Abstand zwischen den Punkten 26 und gen Abdeckplatte 16 an der Rückseite des Distanz- 45 25 dabei gleich einer Wellenlänge X. Die Ausgangsstückes 11 befestigt ist, besteht, wie die Fig. 4A klemme für das Summensignal dient zugleich als Ein- und 4 B deutlicher zeigen, aus zwei gleichen Platten gangsklemme für die auszustrahlende Energie. Zu 17 und 18 aus Isoliermaterial, die beide an einer diesem Zweck sind zwei Speiseleitungen 27 und 28 Seite mit einer sehr dünnen jedoch gut leitenden symmetrisch an die Ringhybride angeschlossen. Die Metallschicht 19 bzw. 20 versehen sind, die über die 5° Anschlußpunkte dieser Leitungen liegen auf J X von Schrauben 15 und die Teile 11 und 12 mit dem dem Punkt 26, so daß die an diesem Punkt 26 einReflektor 1 elektrisch verbunden sind. Die gegenein- g'espeiste Energie einerseits den Zweigen 29, 30, 31 anderliegenden Flächen dieser Platten tragen den und 32 und andererseits den Zweigen 29', 30', 31' dünnen Innenleiter 21. Über diesen Innenleiter 21 und 32' zugeführt wird. Die mit <x, β, γ bzw. α, β', γ' wird die Energie in einem bestimmten Verhältnis den 55 bezeichneten Weglängen sind dabei derart gewählt, unterschiedlichen Einzelpolstrahlern zugeführt. Jeder daß die Phasendrehung, hervorgerufen durch die dieser Strähler ist dazu an eine Abzweigung des In- Tatsache, daß die erwähnten Zweige der Parabel nenleiters 21 angeschlossen. Dazu ist die Platte 18 mit folgen, korrigiert wird, so daß die von den an die einem runden Loch 22 versehen, so daß mit Hilfe Zweige 29, 30, 31 und 32 bzw. 29', 30', 31' und 32' einer Kontaktschraube 23 eine leitende Verbindung 60 angesdhlossenen Strahlern abgestrahlten Bündel einen zwischen einem Zweig des Innenleiters 21 und dem Winkel + θ bzw. — Θ zur Antennenachse bilden. Die Durchführungsstift 9 zustande gebracht werden kann. mit Hilfe der beiden Antennenhälften empfangene

An dem Parabolreflektor gemessen variiert der Ab- Energie wird in der Ringhybride addiert und substand von Strahlerelement zu Strahlerelement Vorzugs- trahiert, so daß ein Summen- und Differenzdiagramm weise derart, daß die Projektionen dieser Strahler- 65 erhalten wird.

elemente auf eine senkrecht zur Adhse des Reflektors Die erweiterte Anwendungsmöglichkeit des Anstehende Fläche untereinander einen gleichen Ab- tennensystems nach der Erfindung wird dadurch erstand von etwa § A₀ aufweisen, wobei A₀ die Wellen- halten, daß der Reflektor der ersten Antenne auch bei

sehr unterschiedlicher Bemessung des Systems vermeidet, daß die auf dem Reflektor angeordneten Strahlerelemente der zweiten Antenne eine unerwünschte Rückwärtsstrahlung erzeugen können.

Es dürfte somit einleuchten, daß die Erfindung sich keineswegs auf die Anwendung von Dipol- oder Einzelpolstrahlern beschränkt, sondern daß auch dielektrische Stabstrahler als Strahlerelemente verwendet werden können, wenn es beispielsweise erwünscht ist, daß die zweite Antenne mit kreisförmiger Polarisation arbeitet.

Eine andere mögliche Ausführungsform wird erhalten, wenn die einzelnen Strahler aus Schlitzstrahlern bestehen. Ein derartige Reihe von Schlitzstrählern kann bekanntlich in »Tri-plate«-Ausführung auf einfache Weise realisiert und versenkt in der tragenden Oberfläche angeordnet werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Integriertes Radarantennensystem mit einer ersten Antenne, die aus einem im wesentlichen parabolischen Reflektor ungleicher Höhen- und Breitenabmessungen und einem im Brennpunkt dieses Reflektors angeordneten Hornstrahler besteht, zum Erzeugen eines ersten gerichteten Strahlungsdiagramm« und mit einer zweiten Antenne, die aus dem Reflektor der ersten Antenne und einer Anzahl einzelner Strahlerelemente zum Erzeugen eines mit dem ersten Strahlungsdiagramm gleichgerichteten zweiten Strahlungsdiagramms besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Strahlerelemente (7) vor dem parabolischen Reflektor (1) in gewissem Abstand nebeneinander angeordnet sind und durch den Reflektor (1) getragen werden und daß sie derart an die auf der Rückseite des Reflektors (1) befindlichen Speiseleitungen angeschlossen sind, daß eine ebene Wellenfront erhalten wird.

2. Radarantennensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten einzelnen Strahlerelemente (7) aus Einzelpolstrahlern bestehen, die zum Anschluß an die auf der Rückseite des Reflektors befindlichen Speiseleitungen durch den Reflektor (1) geführt sind und die an der Vorderseite des Reflektors rechtwinklig abgebogen sind, so daß eine vertikale Polarisation erhalten wird.

3. Radarantennensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseleitungen durch einen »Tri-plate«-Bandleiter gebildet werden.

4. Radarantennensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelpolstrahler (7) symmetrisch auf zwei Gruppen verteilt sind und daß der erwähnte Bandleiter eine Ringhybride umfaßt, über welche die beiden Gruppen von Strahlern gespeist werden und in der die mit Hilfe beider Gruppen empfangenen Signale addiert und subtrahiert werden, so daß das Summendiagramm eine einzige Keule mit einem Maximum auf der Antennenachse aufweist, während das Differenzdiagramm aus einer doppelten Keule mit einer Nullstelle auf der Antennenachse besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen