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Dokumentenidentifikation DE69812783T2 12.02.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0000891005
Titel Gruppenantenne mit Störungschutz
Anmelder Thales, Paris, FR
Erfinder Champeau, Andre, 94117 Arcueil Cedex, FR
Vertreter Spott & Weinmiller, 82340 Feldafing
DE-Aktenzeichen 69812783
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 07.07.1998
EP-Aktenzeichen 984017186
EP-Offenlegungsdatum 13.01.1999
EP date of grant 02.04.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.02.2004
IPC-Hauptklasse H01Q 21/22
IPC-Nebenklasse H01Q 3/26   G01S 7/36   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antenne für Hochfrequenz- oder Ultraschallwellen vom Netztyp mit Störsignalunterdrückung im Empfangssignal, die einerseits Strahlerelemente oder Gruppen von Strahlerelementen, die einzeln mit aktiven oder passiven amplituden- oder phasengesteuerten Moduln versehen sind, die eine sendeseitige wie empfangsseitige Ausrichtung des Sendestrahls durch analoge Strahlbildung erlauben, und andrerseits Mittel zur anpassungsfähigen Strahlbildung mittels Berechnung enthält, die die Störsignalunterdrückung beim Empfang realisieren.

Nachfolgend werden aktive oder passive amplituden- und phasengesteuerte Moduln zur Vereinfachung der Beschreibung kurz als gesteuerte Moduln bezeichnet.

Eine Netzantenne besteht aus einer Gruppe von Strahlerelementen, die netzartig, meist in einer Fläche, gemäß einem Rasterabstand &lgr;/2, das heißt der halben Wellenlänge der ausgesendeten oder empfangenen Welle, angeordnet sind, um das Auftreten von Netzkeulen zu verhindern, die die Richtwirkung der Antenne stören.

Die Bemessung einer Antenne hängt von der Amplitude des zu empfangenden Signals ab, das heißt von dem gewünschten Signal-Rauschverhältnis beim Empfang und von der gewünschten Winkelauflösung.

Meistens sind die zu empfangenden Signale durch eine am Empfangsort gleichmäßige Flächenverteilung der Leistungsdichte charakterisiert, sodaß die Leistung des empfangenen Nutzsignals mit der wirksamen Antennenfläche zunimmt.

Die Winkelauflösung ist ihrerseits durch die lineare Abmessung L der Antenne in der betrachteten Richtung bezogen auf die Wellenlänge &lgr; im Verhältnis &lgr;/L definiert, wobei die Festwinkelauflösung durch das Verhältnis &lgr;2/S definiert ist (S ist die Fläche der Antenne).

In der Praxis kann die Winkelauflösung weniger leicht erhöht werden als das Signal/Rauschverhältnis, sodaß man, wenn gar kein Kompromiß akzeptabel ist, zu einer Überzahl von Strahlerelementen ausweichtzurückgreift. Da man aber aus Kostengründen die Anzahl von Strahlerelementen einer Netzantenne möglichst begrenzen muß, ist es nützlich, die Überzahl dadurch zu mindern, daß man Leerstellen im Netz der Strahlerelemente in der Fläche einer Netzantenne wählt. Die Netzantenne wird dann als lückenhaft oder gar als verarmt bezeichnet, wenn die Anzahl von fehlenden Strahlerelementen kleiner beziehungsweise größer als die Anzahl von vorhandenen Strahlerelementen ist.

In einer lückenhaften oder verarmten Netzantenne bedeutet die Abwesenheit bestimmter Strahlerelemente, daß das Netzraster von etwa &lgr;/2 nicht mehr eingehalten wird, sodaß Netznebenkeulen auftreten, wenn die Anordnung der Leerstellen periodisch ist, oder diffuse Keulen, wenn diese Anordnung zufällig ist. Es ist wichtig, diese Nebenkeulen und diffusen Keulen möglichst zu reduzieren.

Eine Netzantenne kann mechanisch oder elektronisch in ihrer Peilrichtung gesteuert werden. Bei elektronischer Steuerung erfolgt sie bei der Aussendung durch eine analoge Strahlbildung, während der Empfang entweder durch analoge Strahlbildung oder durch Strahlbildung mittels Berechnung erfolgen kann.

Die analoge Strahlbildung erfordert, daß die Strahlerelemente der Antenne oder die Gruppe von Strahlerelementen einzeln mit aktiven oder passiven amplituden- oder phasengesteuerten Moduln versehen sein müssen, mit denen die Ebene der ausgesendeten oder empfangenen Wellen in die gewünschte Richtung gebracht werden kann. Dies hat den Vorteil, sowohl in Sende- als auch in Empfangsrichtung zu funktionieren. Gegebenenfalls ermöglichen eine Amplitudensteuerung oder ein Verteilernetz eine Gewichtung bezüglich der Amplitude.

Die Strahlbildung mittels Berechnung besteht darin, die von jedem der strahlenden Elemente empfangenen Signale zu digitalisieren, nachdem sie kohärent demoduliert worden sind, und sie dann einzeln phasenmäßig zu verschieben und durch einen Rechner eine gewichtete Summe ermitteln zu lassen, um die Ebene der empfangenen Wellen in einer gewünschten Richtung auszurichten. Dies hat den Vorteil einer großen Anpassungsfähigkeit der Strahlbildung, da es möglich ist, durch Berechnung gleichzeitig mehrere Strahlen in unterschiedliche Richtungen zu bilden. Außerdem wird es möglich, wenn die Strahlbildung mittels Berechnung anpassungsfähig ist, durch Justierung der Nullstellen im Strahlungsdiagramm eine Störsignalunterdrückung durchzuführen. Der Nachteil liegt jedoch darin, daß diese Strahlbildung in Senderichtung unbrauchbar ist sowie teure Anlagen für die Digitalisierung der Signale der Strahlerelemente und eine sehr erhebliche Rechenkapazität erfordert.

Um die Kosten bei der Strahlbildung zu begrenzen, wurde daran gedacht, das Antennennetz in Unternetze zu unterteilen und die Strahlbildung mittels Berechnung in beschränkter Form nicht mehr hinsichtlich der einzelnen Signale der Strahlerelemente, sondern nur noch hinsichtlich der von jedem der Unternetze der Strahlerelemente kommenden Signale zu realisieren. Die Rasterung der Antenne bei etwa &lgr;/2 wird nicht mehr eingehalten, was zum Auftreten von Netzkeulen und/oder diffusen Keulen führt, sodaß die beschränkte Strahlbildung zu mittelmäßigen Antenneneigenschaften in einem weiten Winkelbereich führt. Sie bleibt jedoch in ihrer anpassungsfähigen Form für die punktuelle winkelmäßige Störsignalunterdrückung interessant, da diese, um wirksam zu sein, nicht voraussetzt, daß sich die Strahlbildung auf eine große Anzahl von empfangenen Signalen bezieht.

Angesichts dieser Betrachtungen und der Tatsache, daß eine Netzantenne oft sowohl in Sende- als auch in Empfangsrichtung verwendet wird, ist es üblich, die Strahlerelemente in einer Netzantenne einzeln oder in Gruppen mit gesteuerten Moduln zu versehen, die eine Ausrichtung durch analoge Strahlbildung und eine Gruppenbildung der Strahlerelemente der Antenne in Empfangsrichtung in Unternetze zu ermöglichen, um eine Störsignalunterdrückung durch anpassungsfähige und beschränkte Strahlbildung mittels Berechnung durchzuführen, wobei die Gruppenbildung der Strahlerelemente beim Empfang in flächigen Unternetzen führt und die anpassungsfähige und beschränkte Strahlbildung mittels Berechnung in den beiden Peilrichtungen horizontal und vertikal erfolgt.

Die anpassungsfähige und beschränkte Strahlbildung mittels Berechnung ergibt ein Strahlungsdiagramm, dessen Hauptkeule die von den gesteuerten Moduln erzeugte Peilrichtung beibehält, aber deren Nullstellen in Richtung auf Störquellen verschoben sind, indem hauptsächlich die relativen Amplituden und gegebenenfalls in zweiter Linie die relativen Phasenverschiebungen beeinflußt werden, denen die Empfangssignals der Unternetze unterworfen werden. Die Gesamtenergie bleibt zwar erhalten, aber dieses Strahlungsdiagramm hat den Nachteil, daß es Netzkeulen an diskreten Winkelpositionen oder diffuse Quellen je nach der Organisation der flächenmäßigen Unternetze in der Antenne, ob periodisch oder zufällig, enthält, da die Unternetze obligatorisch Phasenzentren besitzen, die einen Abstand größer oder gleich &lgr; besitzen entsprechend einer Unter-Tastung der Fläche der Antenne.

Um diesen Nachteil zu begrenzen, wurde in der von der Anmelderin eingereichten französischen Patentanmeldung FR-A-2 712 121 vorgeschlagen, in einer Netzantenne eine Strahlausrichtung durch analoge Strahlbildung ergänzt durch eine Störsignalunterdrückung beim Empfang mithilfe von zwei beschränkten Strahlbildungen mittels Berechnung durchzuführen, wobei diese Strahlbildungen auf die Empfangssignale der Strahlerelemente angewendet werden, die mit gesteuerten Moduln ausgerüstet sind und in zwei Scharen von linearen, parallelen und gemäß zwei unterschiedlichen Richtungen angeordneten Unternetzen und mithilfe einer nichtlinearen Kombination der beiden Empfangssignale zusammengefaßt werden, die von den beiden beschränkten Strahlbildungen mittels Berechnung stammen. Dieses Vorgehen ergibt eine Verringerung der über die Nebenkeulen und insbesondere über die Netzkeulen ankommenden Störungen im Fall einer lückenhaften Antenne. Die nichtlineare Verarbeitung der Zusammenfassung der Empfangssignale aufgrund der beiden beschränkten Strahlbildungen mittels Berechnung kann jedoch Intermodulationsprodukte ergeben, wenn mehrere Signale im gleichen Entfernungsfach einer gleichen Winkelzelle vorhanden sind, nämlich beispielsweise ein Ziel und ein Störsignal. Dieser Nachteil kann durch eine Dopplerfilterung vor der Zusammenfassung der beiden Empfangssignale umgangen werden, die aus den beschränkten Strahlbildungen mittels Berechnung resultieren, aber dies bedeutet, daß die Dopplereffekt-Filtereinrichtungen verdoppelt werden müssen.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist eine Netzantenne mit Ausrichtung der Hauptkeule durch analoge Strahlbildung und mit Störsignalunterdrückung beim Empfang mithilfe von anpassungsfähigen und beschränkten Strahlbildungen mittels Berechnung, was zu einem niedrigen Pegel von Nebenkeulen und diffusen Keulen führt, und zwar unabhängig davon, ob die Netzantenne vollständig, lückenhaft oder verarmt besetzt ist.

Gegenstand der Erfindung ist eine Netzantenne mit Störsignalunterdrückung beim Empfang, die Strahlerelemente, welche einzeln oder in Gruppen mit passiven oder aktiven amplituden- und phasengesteuerten Moduln versehen sind und eine Peilung in Sende- wie Empfangsrichtung durch analoge Strahlbildung ermöglichen, sowie eine Schaltung zur Störsignalunterdrückung beim Empfang besitzt und die aufweist:

  • – erste Mittel zur anpassungsfähigen und beschränkten Strahlbildung mittels Berechnung, die auf von den gesteuerten Moduln kommende Empfangssignale einwirken und gemäß einer ersten Art in lineare und zu einer ersten Richtung parallele Unternetze zusammengefaßt sind und Korrekturen bestimmen, denen die von den verschiedenen zu berücksichtigenden linearen Unternetzen kommenden Empfangssignale unterworfen werden, um Störquellen zu beseitigen, wobei diese Korrekturen auf die gesteuerten Moduln angewendet werden,
  • – und zweite Mittel zur anpassungsfähigen und beschränkten Strahlbildung mittels Berechnung, die auf von den gesteuerten Moduln kommende Empfangssignale einwirken und gemäß einer zweiten Art in lineare und zu einer zweiten Richtung parallele Unternetze zusammengefaßt sind und Korrekturen bestimmen, denen die von den verschiedenen zu berücksichtigenden linearen Unternetzen kommenden Empfangssignale unterworfen werden, um Störquellen zu beseitigen; wobei diese Korrekturen auf die von den verschiedenen berücksichtigten Unternetzen kommenden Empfangssignale angewendet werden, ehe diese Signale zur Bildung eines Empfangskanals für die globale Antenne summiert werden.

So ergibt sich eine Störsignalunterdrückung beim Empfang in einer Netzantenne mit elektronischer Peilrichtungssteuerung durch analoge Strahlbildung mithilfe von zwei aufeinanderfolgenden anpassungsfähigen und beschränkten Strahlbildungen mittels Berechnung, was für die Antenne eine beschränkte Verarbeitungslast im Vergleich zu der einer anpassungsfähigen vollständigen Strahlbildung mittels Berechnung ergibt, die von den Empfangssignalen ausgeht, welche einzeln von den an die Strahlerelemente der Antenne angeschlossenen gesteuerten Moduln geliefert werden, wobei zugleich eine entsprechende Verringerung der Störungen aufgrund der Nebenkeulen und Netzkeulen erzielt wird.

Vorzugsweise verlaufen die Richtungen der beiden Einheiten von linearen Unternetzen senkrecht zueinander, wobei eine Richtung in der horizontalen Ebene und die andere in der vertikalen Ebene der Netzantenne liegt.

Weitere Merkmale und Vorzüge der Erfindung werden nun anhand einer nur als Beispiel zu verstehenden Ausführungsform der Erfindung und der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.

1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Netzantenne mit Störsignalunterdrückung.

2 zeigt im Strahlungsdiagramm für den Empfang einer Netzantenne den Einfluß der Schaltung zur anpassungsfähigen und beschränkten Strahlbildung in Elevationsrichtung, wie sie in der Netzantenne gemäß 1 mit Störsignalunterdrückung verwendet wird.

3 zeigt im Strahlungsdiagramm für den Empfang einer Netzantenne den Einfluß der Schaltung zur anpassungsfähigen und beschränkten Strahlbildung in Azimutalrichtung, wie sie in der Netzantenne gemäß 1 mit Störsignalunterdrückung verwendet wird.

4 zeigt im Strahlungsdiagramm für den Empfang einer Netzantenne die kombinierten Einflüsse der beiden Schaltungen zur anpassungsfähigen und beschränkten Strahlbildung in Elevations- und Azimutalrichtung, wie sie in der Netzantenne gemäß 1 mit Störsignalunterdrückung verwendet wird.

5 ist ein Diagramm, das die Lage der Nebenkeulen des Strahlungsdiagramms einer Netzantenne bezüglich der Hauptkeule in der Elevations-Azimutalebene zeigt.

1 zeigt eine ebene Netzantenne mit einer Anzahl von Strahlerelementen 1, die gleichmäßig in m Spalten und n Zeilen gemäß einem Raster mit Abständen von etwa &lgr;/2 verteilt sind (&lgr; ist die Betriebswellenlänge der Antenne), um dem Kriterium der Flächenabtastung zu entsprechen, durch das Nebenkeulen des Netzes im Fall einer elektronischen Tastung über einen großen Winkel vermieden werden. Jedes Strahlerelement 1 ist mit einem eigenen gesteuerten Phasenverschiebungsmodul 2 ausgerüstet, der durch einen gesteuerten Dämpfungsmodul 3 ergänzt wird.

Um die Konfiguration der Antenne zu vereinfachen, ist es möglich, mehrere Strahlerelemente der Antenne durch einen gemeinsamen gesteuerten Modul 2 bedienen zu lassen.

Die gesteuerten Moduln 2 und 3 werden in erster Linie durch eine nicht dargestellte Peilschaltung der Antenne gesteuert, die die Ebene der Wellen der Antenne in der gewünschten Richtung nach Azimut und Elevation ausrichtet, indem im wesentlichen auf die Phasen und hilfsweise auch auf die Pegel der Signale der verschiedenen Strahlerelemente Einfluß genommen wird, um die Form der Keule oder Keulen zu modellieren.

Beim Empfang werden die Ausgänge der gesteuerten Moduln 2 und 3 in zwei Scharen zusammengefaßt, nämlich eine erste Schar aus n horizontalen linearen Reihen von m zur horizontalen Achse parallelen Elementen und eine zweite Schar aus m vertikalen linearen Reihen von n zur vertikalen Achse parallelen Elementen. Diese beiden Scharen ergeben sich mithilfe von zwei Gruppen von gekreuzten und überlagerten Verteilern. Letztere teilen das am Ausgang eines gesteuerten Moduls 2, 3 verfügbare Empfangssignal in eine erste und eine zweite Komponente, die parallel verfügbar sind, und fassen einerseits die erste Komponenten mit den ersten Komponenten der anderen gesteuerten Moduln 2, 3 der gleichen horizontalen Reihe zusammen, um ein Empfangssignal &Sgr;gi zu bilden, und fassen andrerseits die zweite Komponente mit allen von den anderen gesteuerten Moduln einer gemeinsamen vertikalen Reihe zusammen, um ein Empfangssignal &Sgr;si zu bilden. Die Empfangssignale &Sgr;gi aller horizontalen Reihen von Strahlerelementen 1 werden über eine Bank 4 von Analog/-Digitalwandlern an eine erste Schaltung 5 zur anpassungsfähigen und beschränkten Strahlbildung mittels Berechnung angelegt, die Korrektursteuerungen für die gesteuerten Moduln 2, 3 erarbeitet, welche an zweiter Stelle die Steuerungen ergänzen, die von der Peilschaltung erarbeitet wurden. Die Empfangssignale &Sgr;si aller horizontalen Reihen von Strahlerelementen 1 werden über eine andere Bank 6 von Analog/Digitalwandlern an eine zweite Schaltung 7 zur anpassungsfähigen und beschränkten Strahlbildung mittels Berechnung angelegt, die einen Empfangskanal der globalen Antenne bildet.

Die erste Schaltung 5 zur anpassungsfähigen und beschränkten Strahlbildung mittels Berechnung analysiert die Störungen der an der Netzantenne empfangenen Welle in vertikaler Richtung und leitet daraus die Korrekturen für die von der Peilschaltung erarbeiteten Steuerungen ab, die den verschiedenen gesteuerten Moduln 2, 3 zugeführt werden, um die erfaßten Störungen zu verringern. Mit dieser Schaltung kann man im Empfangsstrahlungsdiagramm der Netzantenne Einbrüche in vertikaler Richtung in Form von horizontalen Tälern erzeugen, um die in vertikaler Richtung bezüglich der Peilachse der Antenne versetzt liegenden Störsignale zu eliminieren.

Die zweite Schaltung 7 zur zur anpassungsfähigen und beschränkten Strahlbildung mittels Berechnung analysiert die Störungen der an der Netzantenne empfangenen Welle in horizontaler Richtung und leitet daraus die Amplituden- und Phasenkorrekturen ab, die auf die Empfangssignale der vertikalen Reihen von Strahlerelementen 1 anzuwenden sind, um die erfaßten Störungen zu verringern, ehe diese Empfangssignale zur Erzeugung eines globalen Empfangssignals der Netzantenne summiert werden. Mit dieser Schaltung kann man im Empfangsstrahlungsdiagramm der Netzantenne Einbrüche in horizontaler Richtung in Form von vertikalen Tälern erzeugen, um die in horizontaler Richtung bezüglich der Peilachse der Netzantenne versetzt liegenden Störsignale zu eliminieren.

Die ersten und die zweiten Schaltungen 5, 7 zur anpassungsfähigen und beschränkten Strahlbildung mittels Berechnung werden hier nicht näher erläutert, da sie bei der Störsignalunterdrückung mithilfe einer anpassungsfähigen Strahlbildung mittels Berechnung auf der Basis der Suche nach Pegelkorrekturen und in zweiter Linie nach Phasenkorrekturen der Empfangssignale eine bekannte Technik darstellen und die Leistung des globalen Empfangssignals zu minimieren erlauben gemäß der Hypothese, nach der die Störsignale, die man eliminieren will, eine im allgemeinen größere Leistung als das Nutzsignal haben und aus einer Richtung kommen, die sich von der Peilrichtung der Netzantenne zumindest etwas unterscheidet.

Die 2, 3 und 4 zeigen in einem direkten Bezugsdreiflächler, in dem auf der Achse OX der Azimutalwinkel, auf der Achse OY der Elevationswinkel und auf der Achse OZ der Signalpegel aufgezeichnet ist, die Schnitte in den Ebenen XOZ und YOZ der Flächen des Strahlungsdiagramms der Netzantenne, die für einen Empfangsbetrieb im Fall der Verwendung nur der ersten Schaltung 5 zur anpassungsfähigen und beschränkten Strahlbildung in Elevationsrichtung beziehungsweise im Fall der Verwendung nur der zweiten Schaltung 7 zur anpassungsfähigen und beschränkten Strahlbildung in Azimutalrichtung, beziehungsweise im Fall einer gemeinsamen Anwendung der ersten und der zweiten anpassungsfähigen und beschränkten Strahlbildung in Elevations- und Azimutalrichtung.

2 zeigt das für die Netzantenne erhaltene Strahlungsdiagramm, die für den Empfang nur mit der ersten Schaltung 5 zur anpassungsfähigen und beschränkten Strahlbildung mittels Berechnung arbeitet, welche auf die Empfangssignale der horizontalen Reihen von Strahlerelementen 1 mit ihren gesteuerten Moduln 2 und 3 einwirkt. Das Diagramm enthält eine schmale Hauptkeule, die entlang der durch die Regelung erster Ordnung der gesteuerten Moduln 2, 3 vorgegebenen Peilrichtung verläuft, und Nebenkeulen. Die Nebenkeulen haben in der horizontalen Ebene XOZ geringere Amplituden, da die beschränkte Strahlbildung auf horizontalen, vollen Reihen beruht, und in der Elevationsebene YOZ deutlichere Amplituden, aber mit Nullstellen dazwischen, die die Form von Tälern parallel zur horizontalen Achse und mit Positionen besitzen, die in Elevationsrichtung durch die anpassungsfähige Aktion der beschränkten Strahlbildung einstellbar sind.

3 zeigt das für die Netzantenne erhaltene Strahlungsdiagramm, die für den Empfang nur mit der zweiten Schaltung 7 zur anpassungsfähigen und beschränkten Strahlbildung mittels Berechnung arbeitet, welche auf die Empfangssignale der horizontalen Reihen von Strahlerelementen 1 mit gesteuerten Moduln 2 und 3 einwirkt. Das Diagramm enthält eine schmale Hauptkeule, die entlang der durch die Regelung erster Ordnung der gesteuerten Moduln 2, 3 vorgegebenen Peilrichtung verläuft, und Nebenkeulen. Die Nebenkeulen haben in der vertikalen Ebene YOZ geringere Amplituden, da die beschränkte Strahlbildung auf vertikalen, vollen Reihen beruht, und in der Azimutalebene XOZ deutlichere Amplituden, aber mit Nullstellen dazwischen, die die Form von Tälern parallel zur horizontalen Achse und mit Positionen besitzen, die in Azimutalrichtung durch die anpassungsfähige Aktion der beschränkten Strahlbildung einstellbar sind.

4 zeigt das Strahlungsdiagramm, das für die Netzantenne im Empfangsbetrieb aufgrund der Kombination der Wirkungen der beiden Schaltungen 5 und 7 zur anpassungsfähigen und beschränkten Strahlbildung erhalten wird. Die anpassungsfähigen Wirkungen der beiden aufeinanderfolgenden Strahlbildungen in der Elevationsrichtung und in der Azimutalrichtung führen zur Bildung von Einbrüchen in Form von Tälern, von denen die einen parallel zur horizontalen Achse und die anderen parallel zur vertikalen Achse verlaufen, wobei jeder Einbruch nur einen Freiheitsgrad einer einzigen anpassungsfähigen und beschränkten Strahlbildung verbraucht.

Man bemerkt, daß die aufeinanderfolgende Verwendung von zwei anpassungsfähigen und beschränkten Strahlbildungen mittels Berechnung für die Störsignalunterdrückung in Empfangsrichtung bezüglich von zwei orthogonalen Scharen von Strahlerelementen der Antenne, von denen die eine Schar zuerst auf die gesteuerten Moduln der Strahlerelemente einwirkt und dann die andere ein globales Empfangssignal der Netzantenne liefert, hinsichtlich der Nebenkeulen zu einem Ergebnis führt, das dem einer vollständigen anpassungsfähigen Strahlbildung mittels Berechnung nahekommt und zugleich eine ausreichende Zahl (m – 1) + (n – 1) von Freiheitsgraden für die Eliminierung von Störquellen vorgibt und wesentlich geringere Rechenkapazitäten erfordert, da die anpassungsfähigen und beschränkten Strahlbildungen mittels Berechnung nur noch auf m + n Punkte anstatt von m · n Punkte bezogen sind.

Die Tatsache, daß die Nullstellen oder Einbrüche, die von den beiden Verarbeitungen zur anpassungsfähigen und beschränkten Strahlbildung mittels Berechnung erzeugt werden, die Form von Tälern und nicht von Senken haben, ist ein Vorteil, wenn man die Form des Mehrdeutigkeitsdiagramms einer Antenne mit in Elevations- und Azimutrichtung getrennter Beleuchtung in Betracht zieht. Wie 5 zeigt, bestehen nämlich die Nebenkeulen aus Seitenkeulen 10 abnehmender Amplituden, die sich um die Hauptkeule herum entlang von Reihen auf der vertikalen und der horizontalen Hauptachse verteilen, und aus Nebenkeulen 11 der Nebenkeulen, die schachbrettartig verteilt sind. Da aber mit Ausnahme der Hauptkeule die Nebenkeulen die eventuellen Störungen am meisten spürbar machen, sind die anpassungsfähigen Nullstellen in Form eines Tals besonders geeignet für Anordnungen der Nebenkeulen in Reihe.

Da die Durchführung der Amplituden- und Phasenkorrekturen durch die erste Schaltung zur anpassungsfähigen und beschränkten Strahlbildung mittels Berechnung durch Einwirkung auf die gesteuerten Moduln der strahlenden Elemente erfolgt, ist ein gewisser sehr kurzer Zeitraum nötig, um die Zustände der gesteuerten Moduln zu verändern. Die Rechenzeit für die Korrekturen verlängert diesen Zeitraum nicht, aber im Gegensatz zu einer üblichen anpassungsfähigen und beschränkten Strahlbildung kann die Verarbeitung nicht vorübergehend gespeicherte Signale betreffen, ohne daß der Fluß der ankommenden Signale unterbrochen würde. Man muß also eine Neutralisierung von Empfangszeitintervallen akzeptieren, um die Regelungen der gesteuerten Moduln zu erneuern, wenn dies erforderlich ist. Um periodische und systematische Neutralisierungsperioden zu vermeiden, kann man die Analysefunktion der ersten Bearbeitung zur anpassungsfähigen und beschränkten Strahlbildung mittels Berechnung zur Überwachung der Störungen und ihrer Entwicklung nutzen und den Empfang erst zu unterbrechen, wenn sich die Notwendigkeit einer deutlichen Änderung der Regelung der gesteuerten Moduln herausstellt. Mit der Geschwindigkeit der derzeit verfügbaren Rechenmittel und derjenigen der Hochfrequenz-Mikroelektronik der aktiven Antennenmoduln ist es möglich, die Unterbrechung des Empfangs für die Aktualisierung der Korrekturen auf ein Entfernungsfach zu begrenzen. Im Fall einer Netzantenne für Impulsradargeräte ist es möglich, das Auftreten dieser Situation zu minimieren, indem man die Auffrischung der Korrekturen bezüglich der Regelung der gesteuerten Moduln auf den Beginn der Rekurrenz legt.

Es sei bemerkt, daß es möglich ist, ein- oder zweimal die zweite Schaltung 7 zur anpassungsfähige und beschränkte Strahlbildung mittels Berechnung zu verdoppeln, indem ausgehend von derselben Antenne mehrere Empfangskanäle zur Verfügung stehen, die in unterschiedliche Azimutrichtungen weisen. Jedes Exemplar der zweiten anpassungsfähigen und beschränkten Strahlbildung mittels Berechnung 7 wird also in erster Linie mit einem ersten besonderen Satz von komplexen Wichtungskoeffizienten versehen, der an die gesuchte Peilrichtung in horizontaler Ebene angepaßt ist.

Oben wurde eine Netzantenne beschrieben, die für die Störsignalunterdrückung nacheinander zwei anpassungsfähige und beschränkte Strahlbildungen mittels Berechnung einsetzt, nämlich eine erste, hybride Strahlbildung, die zuerst auf die gesteuerten Moduln der Strahlerelemente der Antenne einwirkt und ausgehend von einer Schar von Strahlerelementen der Antenne in horizontalen Reihen wirksam wird, und dann eine zweite rein digitale Strahlbildung, die ausgangsseitig ein globales Empfangssignal der Netzantenne liefert und aufgrund einer Zusammenfassung der Strahlerelemente der Antenne in vertikalen Reihen wirksam wird. Man könnte auch die erste anpassungsfähige und beschränkte Strahlbildung hybrider Art ausgehend von einer Zusammenfassung der Strahlerelemente der Antenne in vertikalen Reihen und die zweite anpassungsfähige und beschränkte Strahlbildung rein digitaler Art ausgehend von einer Zusammenfassung der Strahlerelemente der Antenne in horizontalen Reihen durchführen. Es sei jedoch bemerkt, daß die erstgenannte Version in der Praxis günstiger ist. Die Störungen aufgrund von gezielten oder zufälligen Störquellen haben im allgemeinen eine längere stationäre Phase in vertikaler als in horizontaler Richtung. Es ist also günstiger, die erste hybride Verarbeitung zur anpassungsfähigen und beschränkten Strahlbildung, die nur sehr kurze Unterbrechungen für die Nachstellung der Regelungen der gesteuerten Moduln erfordert, auf die vertikale Achse zu legen, da diese Unterbrechungen weniger oft auftreten.

Die anpassungsfähigen Korrekturen für die gesteuerten Moduln können nur einer einzigen Lösung für eine einzige gebildete Keule entsprechen. Digital angewendete Korrekturen können parallele Lösungen sein, die auf mehrere Keulen angewendet werden. Daraus folgt für eine Lösung mit mehreren parallelen Keulen, daß diese nur in der Ebene gebildet werden können, in der die anpassungsfähige Strahlbildung vollständig digital ist.

Die oben beschriebene Netzantenne ist eine volle Netzantenne. Natürlich könnte sie auch lückenhaft oder verarmt sein. In diesem Fall lassen ohne Berücksichtigung von Störquellen die beiden nacheinander erfolgenden anpassungsfähigen und beschränkten Strahlbildungen mittels Berechnung die eventuellen Netzkeulen oder diffusen Keulen aufgrund der Lücken oder der Verarmung unverändert, und die Einbrüche oder anpassungsfähigen Nullstellen sind diejenigen einer anpassungsfähigen Strahlbildung mittels Berechnung im Umfeld der diffusen oder Nebenkeulen der unveränderten Antenne.

Eine typische Anwendung der Netzantenne mit Störsignalunterdrückung beim Empfang wie oben beschrieben ist eine Netzantenne für ein 3D-Radargerät (vertikal, horizontal, Entfernung). Für eine Hauptkeule des Strahlungsdiagramms mit einem Öffnungswinkel von 2° in Elevationsrichtung und 1,5° in Azimutrichtung muß die Netzantenne etwa 80 Spalten von 54 Strahlerelementen, also insgesamt 4320 Strahlerelemente enthalten. Mit einer solchen Netzantenne wird die Störsignalunterdrückung beim Empfang nacheinander durch die erste anpassungsfähige und beschränkte hybride Strahlbildung, die auf die Steuerungen der gesteuerten Moduln der Strahlerelemente einwirkt, welche 54 Einstellungen in vertikaler Richtung hat, und durch die zweite, rein digitale und beschränkte Strahlbildung gewährleistet, die ein globales Empfangssignal liefert, das 80 Einstellungen in Azimutrichtung hat. Da die Anzahl von Freiheitsgraden (54 – 1) + (80 – 1) beträgt, kann die Störsignalunterdrückung beim Empfang grundsätzlich 132 Störquellen bekämpfen, was im Betrieb eine erhebliche Reserve darstellt. Es sei außerdem bemerkt, daß eine große Ersparnis bei der Bearbeitung im Vergleich zu einer anpassungsfähigen vollständigen Strahlbildung mittels Berechnung erzielt wird, da die beiden anpassungsfähigen verzögerten Strahlbildungen sich nur auf 54 und 80 Punkte und nicht auf 4320 Punkte beziehen.


Anspruch[de]
  1. Netzantenne mit Störsignalunterdrückung beim Empfang, die Strahlerelemente (1), welche einzeln oder in Gruppen mit passiven oder aktiven amplituden- und phasengesteuerten Moduln (2) versehen sind und eine Peilung in Sendewie Empfangsrichtung durch analoge Strahlbildung ermöglichen, sowie eine Schaltung zur Störsignalunterdrückung beim Empfang besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Störsignalunterdrückung aufweist:

    – erste Mittel (5) zur anpassungsfähigen und beschränkten Strahlbildung mittels Berechnung, die auf von den gesteuerten Moduln (2) kommende Empfangssignale einwirken und gemäß einer ersten Art in lineare und zu einer ersten Richtung parallele Unternetze zusammengefaßt sind und Korrekturen bestimmen, denen die von den verschiedenen zu berücksichtigenden linearen Unternetze kommenden Empfangssignale unterworfen werden, um Störquellen zu beseitigen, wobei diese Korrekturen auf die gesteuerten Moduln (2) angewendet werden,

    – und zweite Mittel (7) zur anpassungsfähigen und beschränkten Strahlbildung mittels Berechnung, die auf von den gesteuerten Moduln (2) kommende Empfangssignale einwirken und gemäß einer zweiten Art in lineare und zu einer zweiten Richtung parallele Unternetze zusammengefaßt sind und Korrekturen bestimmen, denen die von den verschiedenen zu berücksichtigenden linearen Unternetzen kommenden Empfangssignale unterworfen werden, um Störquellen zu beseitigen, wobei diese Korrekturen auf die von den verschiedenen berücksichtigten Unternetzen kommenden Empfangssignale angewendet werden, ehe diese Signale zur Bildung eines Empfangskanals für die globale Antenne summiert werden.
  2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Mittel zur anpassungsfähigen und beschränkten Strahlbildung mittels Berechnung mindestens einmal doppelt vorgesehen sind und bei jeder Verdopplung unterschiedliche Sätze von komplexen Wichtungskoeffizienten verwenden, sodaß mehrere Empfangskanäle gebildet werden, die in unterschiedliche Peilrichtungen zeigen.
  3. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungen der linearen Unternetze der beiden Zusammenfassungen von Empfangssignalen, auf die die ersten und zweiten Mittel zur anpassungsfähigen und beschränkten Strahlbildung mittels Berechnung einwirken, zueinander orthogonal verlaufen.
  4. Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der linearen Unternetze der einen Art horizontal und die der linearen Unternetze der anderen Art vertikal ist.
  5. Antenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der linearen Unternetze derjenigen Art, auf die die ersten Mittel zur anpassungsfähigen und beschränkten Strahlbildung einwirken, horizontal ist, während die Richtung der linearen Unternetze derjenigen Art, auf die die zweiten Mittel zur anpassungsfähigen und beschränkten Strahlbildung einwirken, vertikal ist.
  6. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie lückenhaft ist, wobei ihr Netz von Strahlerelementen Leerstellen aufweist und die Anzahl von fehlenden Strahlerelementen geringer als die der vorhandenen Strahlerelemente ist.
  7. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie verarmt ist, wobei ihr Netz von Strahlerelementen Leerstellen aufweist und die Anzahl von fehlenden Strahlerelementen größer als die der vorhandenen Strahlerelemente ist.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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