Antennenanordnung zur strahlungspegelmässigen Überdeckung aller Nebenzipfel einer scharf bündelnden Hauptantenne und Anwendung bei einer Radarrundsuchantenne

Abstract

 Antennenanordnung zur strahlungspegelmäßigen Uberdeckung aller Nebenzipfel einer scharf bündelnden Hauptantenne. Eine solche Antennenanordnung wird entweder als zusätzlicher SLS (Side-Lobe-Suppression)-Strahler oder SLC (Side-Lobe-Cancellation)-Strahler eingesetzt, wobei bisher Monopolstrahler, allerdings nur für vertikale Polarisation, oder kreiszylindrische Schlitzantennen verwendet wurden.
Eine gute konstante Überdeckung aller Nebenzipfel der Hauptantenne im gesamten interessierenden Bereich, so daß sich z.B. in derSLC-Technik die erforderliche Regelung durchführen läßt, aber in der SLS-Technik auch ein eindeutiger Pegelvergleich möglich ist, wird durch einen Dipolprimärstrahler (1) oder dergl. mit einem Reflektor (2) dahinter erreicht, der in einer Ebene linear und in der dazu orthogonalen Ebene symmetrisch zur Dipolhauptstrahlachse (3) in einer definierten Weise polygonal nach hinten verläuft. Die Antennenanordnung ist als Zusatzantenne für Radarrundsuchantennen besonders geeignet.

Beschreibung

[0001] In der Mikrowellenantennentechnik wird zur Nebenzipfelsignalunterdrückung,vielfach ein Verfahren verwendet, bei dem der Pegel einer scharf bündelnden Hauptantenne mit dem Pegel eines zusätzlich notwendigen SLS(Side-Lobe-Suppression)-Strahlers verglichen wird. Bei diesem Amplitudenvergleich können Nebenzipfelsignale erkannt werden, da die über die Nebenzipfel empfangenen Signale pegelmäßig in der gleichen Größenordnung oder niedriger sind als die Signale, die über den SLS-Strahler ankommen. Im Bereich der Hauptkeule der Hauptantennen übersteigt dagegen der Antennenpegel der Hauptantenne den Pegel des SLS-Strahlers um ein Vielfaches, so daß sich solche Signale als gewünschte aussondern lassen.

[0002] Neben diesem bekannten Verfahren setzt sich im steigenden Maße ein Konzept durch, bei dem sogenannte SLC(Side-Lobe-Cancellation)-Antennen zur adaptiven Nebenzipfelsignalunterdrückung Verwendung finden. Dabei werden mit Hilfe von Regelschleifen unerwünschte, über Nebenzipfel der Hauptantenne ankommende Signale mit den über den SLC-Strahler empfangenen und passend gedämpften Signalen kompensiert. Ein konstruktiver Unterschied zwischen einer SLC-Antenne und einer SLS-Antenne besteht prinzipiell nicht.

[0003] Auf dem Gebiet der Sekundärradartechnik sind Lösungen bekannt, die sich jedoch hauptsächlich auf Zusatzstrahler für vertikale Polarisation beschränken. Dabei werden sogenannte Monopolstrahler, das sind Zylinderantennen mit einer-Höhe von einer Viertelwellenlänge, verwendet. Ähnlich wie bei Dipolantennen kann man mit passiven Elementen die Strahlungscharakteristik der Monopolstrahler beeinflussen. Neben.den Monopolantennen können bei vertikaler Polarisation auch kreiszylindrische Schlitzantennen eingesetzt werden, wobei der Schlitz (evtl. mehrstöckig) radial umläuft. Ein mit horizontaler Polarisation aufgenommenes Rundstrahldiagramm erhält man mit einer kreiszylindrischen Schlitzantenne, bei welcher ein oder mehrere Schlitze axial verlaufen.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, für die SLS-und für die SLC-Technik eine Antennenanordnung verfügbar zu haben, welche'die Nebenzipfel einer scharf bündelnden Hauptantenne, z.B. einer Rundsuchradarantenne, im gesamten interessierenden Winkelbereich gut und sicher mit weitgehend konstantem, relativ hohen Pegel überdeckt, so daß sich z.B. in der SLC-Technik die beschriebene Regelung durchführen läßt, aber in der SLS-Technik auch ein eindeutiger Pegelvergleich möglich ist.

[0005] Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß hinter einem Dipol-Primärstrahler o..dgl. ein Reflektor angeordnet ist, dessen Reflexionskontur in. einer ersten Ebene durchgehend linear ausgebildet ist und in einer zweiten, dazu orthogonalen Ebene aus unstetig polygonal aufeinander folgenden linearen Abschnitten besteht, die in dieser Ebene auf beiden Seiten der Hauptstrahlachse des Dipols symmetrisch bemessen und angeordnet sind, sowie ausgehend von dieser Hauptstrahlachse zu einer Seite hin der Reihe nach etwa folgende Bezugswinkel zur Hauptstrahlachse und etwa folgende Länge in bezug auf die Betriebswellenlänge aufweisen:

[0006] und daß die zentrale, durchgehend lineare Reflexionskontur, welche zugleich eine Reflektorsymmetrieachse bildet, senkrecht auf der Hauptstrahlachse des Dipols steht.

[0007] Die Antennenanordnung nach der Erfindung weist den Vorteil auf, daß sich elektromagnetische Wellen beliebiger Polarisation abstrahlen lassen. Entsprechend der Ausrichtung der Schenkel des Dipolprimärstrahlers läßt sich nämlich jede beliebige Polarisation einstellen.

[0008] Durch diese besondere Formung des Reflektors wird prinzpiell erreicht, daß die von ihm ausgehende Strahlung die Endergiewirbel der direkt vom Primärstrahler abgestrahlten Leistung verhindert und Minima im Strahlungsdiagramm auffüllt.

[0009] Eine bevorzugte Anwendung der Antennenanordnung nach der Erfindung besteht bei der Nebenzipfelsignalunterdrückung von Rundsuchradarantennen. Hierbei ist die Antennenanordnung nach der Erfindung zweckmäßig als Zusatzantenne baulich auf der Radarrundsuchantenne angeordnet, welche die scharf bündelnde Hauptantenne bildet. In diesem Fall verläuft die bereits angesprochene erste Ebene vertikal und die zweite horizontal. Das Strahlungsdiagramm der Zusatzantenne in der vertikalen Ebene (H-Ebene) ist dabei durch die vertikale Ausdehnung der Reflexionskontur des Refklektors.bestimmt. Das Strahlungsdiagramm in der-vertikalen Ebene läßt sich zusätzlich noch durch eine unter dem Reflektor angebaute, horizontal verlaufende Grundplatte beeinflussen.

[0010] .Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in zwei Figuren gezeigten Ausführungsbeispiels und eines Strahlungsdiagramms erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die perspektivische Ansicht einer Antennenanordnung nach der Erfindung,

Fig. 2 einen horizontalen Querschnitt durch einen halben Reflektor nach Fig. 1, und

Fig. 3 ein schematisches Horizontaldiagramm der Antenne nach Fig. 1 zusammen mit dem hinsichtlich seiner Nebenzipfel zu überdeckenden Horizontaldiagramm einer Rundsuch-Radarantenne.

[0011] Die in der perspektivischen Darstellung nach Fig. 1 gezeigte Antennenanordung besteht aus einem Dipol 1 -in Triplate-Technik, der vor einem speziell geformten Reflektor 2 angeordnet ist. Der in der dargestellten Ausführung verwendete Triplate-Dipol ist aus der DE-PS 20 20 192 bekannt und wird deswegen im folgenden nicht mehr einzeln beschrieben. Der Triplate-Dipol 1 ist lagemäßig so angeordnet, daß sich ein horizontal polarisiertes Strahlungsdiagramm ergibt. Alternativ zu dem hier verwendeten Triplate-Dipol lassen sich beispielsweise auch koaxial gespeiste Dipole verwenden. Entsprechend der Ausrichtung ihrer Schenkel ist dabei eine beliebige Polarisation einstellbar. Die Hauptstrahlachse des Dipols 1 ist mit 3 bezeichnet. Der Dipol 1 ist als bau- .liche Einheit ausgeführt und in eine Öffnung 4 des Re - flektors 2 eingeschoben. Seine Speisung erfolgt von der Rückseite des Reflektors 2 her. Der metallische Reflektor 2 weist eine Reflexionskontur auf, die in jeder Vertikalebene durchgehend linear ausgebildet ist und in jeder horizontalen Ebene aus unstetig polygonal aufeinanderfolgenden, jeweils linearen Abschnitten 5 bis 11 sowie 5' bis 11' besteht. Die zentrale,vertikal durchgehend verlaufende Reflexionskontur 12, welche zugleich eine Kante zwischen den beiden Abschnitten 5 und 5' und eine Refktorsymmetrieachse bildet, steht senkrecht auf der Hauptstrahlachse 3 des Dipols 1.

[0012] Die Abschnitte auf beiden Seiten der Hauptstrahlachse 3 des Dipols sind im Horizontalquerschnitt somit symmetrisch bemessen und angeordnet. Die Breitenabmessungen der.Abschnitte 5 bis 11 bzw. 5' bis 11' sind in Fig. 1 jeweils unten eingetragen. Sie betragen für die Abschnitte 5 bis 9 bzw. 5' bis 9' jeweils λ/8, für die Abschnitte 10 und 10' jeweils λ/6 und für die Abschnitte 11 und 11' 5/8.λ. Die Höhenabmessung des Reflektors 2 beträgt 10/8 .λ.

[0013] Die winkelmäßige Lage der einzelnen Abschnitte 5 bis 11 ist aus Fig. 2 zu entnehmen, welche einen Horizontalschnitt durch die eine Hälfte des Reflektors 2 darstellt. Die Bezugswinkel zur Hauptsrahlachse 3 des Dipols 1 betragen jeweils beim Abschnitt 5 und 5' 116°, beim Abschnitt 6 und 6' 173°, beim Abschnitt 7 und 7' 153°, beim Abschnitt 8 und 8' 110°, beim Abschnitt 9 und 9' 97°, beim Abschnitt 10 und 10' 92°, und beim Abschnitt 11 und 11' 142°.

[0014] Durch die spezielle Formung des Reflektors 1 wird erreicht, daß die von ihm ausgehende Strahlung die Energiewirbel der direkt vom Dipol 1 abgestrahlten Leistung verhindert und Minima im Strahlungsdiagramm auffüllt.

[0015] Fig. 3 zeigt in einer gemeinsamen Darstellung das schematische Horizontaldiagramm 13 einer Radarrundsuchantenne und das schematische Horizontaldiagramm 14 einer der Radarantenne zugeordneten erfindungsgemäßen Antennenanordnung nach Fig. 1. Über die Abszisse sind jeweils die Azimutwinkel von -180° bis +180° und an der Ordinate die Pegelwerte von etwa -40dB bis OdB aufgetragen. Das azimutale Strahlungsdiagramm nach Fig. 3 zeigt in einem weiten Winkelbereich, der sich an die Hauptkeule 15 der Radarantenne anschließt, einen praktisch konstanten Pegel, so daß die relativ hohen ersten Nebenzipfel der Hauptantenne und bei Reflektorantennen der Spill-over-Nebenzipfel 16 bzw. 16' jeweils überdeckt werden. Dieses Strahlungsverhalten, gekoppelt mit einem niedrigen Stehwellenverhältnis, ist mit der in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Antennenanordnung in einem weiten Frequenzbereich zu beobachten.

[0016] Das Strahlungsdiagramm in der vertikalen Ebene ist in erster Linie durch -die vertikale Ausdehnung des Reflektors 2 definiert. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel gilt das in Fig. 3 dargestellte Horizontaldiagramm etwa innerhalb eines vertikalen Winkelbereiches von 30°. Damit ist die Antennenanordnung nach .der Erfindung zur Nebenzipfelunterdrückung von Rundsüchradarantennen mit etwa cosec² -förmigen Vertikaldiagramm besonders geeignet. Das Strahlungsdiagramm in der vertikalen Ebene wird darüber hinaus noch durch eine unter dem Reflektor 2 angebaute, horizontal verlaufende Grundplatte 17 aus Metall beeinflußt.

Ansprüche

1. Antennenanordnung zur strahlungspegelmäßigen Überdeckung aller Nebenzipfel einer scharf bündelnden Hauptantenne, dadurch gekennzeichnet, daß hinter einem Dipol-Primärstrahler (1) oder dergl. ein Reflektor (2) angeordnet ist, dessen Reflexionskontur in einer ersten Ebene durchgehend linear ausgebildet ist und in einer zweiten, dazu orthogonalen Ebene aus unstetig polygonal aufeinanderfolgenden linearen Abschnitten (5 bis 11; 5' bis 11') besteht-, die in dieser Ebene auf beiden Seiten der Hauptstrahlachse (3) des Dipols (1) symmetrisch bemessen und angeordnet sind sowie.ausgehend von dieser Hauptstrahlachse (3).zu einer Seite hin der Reihe nach etwa folgende Bezugswinkel zur Hauptstrahlachse (3) und etwa folgende Länge in bezug auf die Betriebswellenlänge aufweisen:

und daß die zentrale, durchgehend lineare Reflexionskontur (12), welche zugleich eine Reflektorsymmetrieachse bildet, senkrecht auf der Hauptstrahlachse (3) des Dipols (1) steht.

2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der durchgehend linearen Reflexionskontur etwa 10/8 · λ beträgt.

3. Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Reflektor (2) eine Öffnung (4)aufweist, in welche der als steckbares Bauteil ausgebildete Dipolprimärstrahler (1) einsteckbar ist.

4. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ebene vertikal und die zweite Ebene horizontal verläuft.

5. Antennenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß unter dem Reflektor (2) eine horizontal verlaufende Grundplatte (17) angeordnet ist.

6. Antennenanordnung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine baulich vereinigte Anordnung auf einer rotierenden Radarrundsuchantenne, welche die scharf bündelnde Hauptantenne bildet.

Zeichnung