DE3929732A1

DE3929732A1 - Antenna for radar system - has transmitter receiver elements coupled to tuned stage

Info

Publication number: DE3929732A1
Application number: DE19893929732
Authority: DE
Inventors: Hans Juergen Dipl Ing Fraisse; Klaus Ing Grad Schricker
Original assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1989-09-07
Filing date: 1989-09-07
Publication date: 1991-03-28

Abstract

An antenna system of the type used in small radar systems has a pair of quarter wavelength lines (1, 2) coupled to a ballast resistor (3) with connecting points (4, 5) coupled to a transmitter oscillator (6) and receiver diode (7) respectively. The antenna is coupled to the connecting point (8). The antenna section (91) has a base point impedance that is frequency dependent and may be tuned. This is constructed as a series resonance circuit with a series resistance in the range 30-60 ohms; a parallel resistance of 60-90 ohms and an emitting resistance of 55 ohms. ADVANTAGE - Optional directional characteristic.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optimalen Nutz barmachung einer Sende-Empfangs-Richtungsweiche mit adap tierter Antenne gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine ähnliche wirkende Anordnung ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 36 18 159 bekannt.The invention relates to a method for optimal use Creation of a send-receive turnout with adap Tiert antenna according to the preamble of the claim 1. A similar arrangement is for example from the published patent application DE 36 18 159.

Die Erfindung der genannten Art wird beispielsweise in Kleinstradargeräten eingesetzt.The invention of the type mentioned is for example in Small radar devices used.

Aufgrund ihrer Einsetzbarbeit in solchen Systemen kommt diese Erfindung zum Beispiel im Bereich der Munition zur Anwendung. Because of their applicability in such systems this invention for example in the field of ammunition Application.

Bei der bekannten Anordnung handelt es sich um einen äußerlich beschalteten 2×λ/4 Verteiler. Dieser besteht aus den beiden λ/4-Leitungen 1 und 2 und dem Lastaus gleichwiderstand 3. Gemäß der Erfindung in oben genannter Offenlegungsschrift ist dieser λ/4-Verteiler als Rich tungsweiche so verwendet, daß an dem Verbindungspunkt 4 von Lastausgleichwiderstand 3 und der λ/4-Leitung 1 der Sende-Oszillator 6 geschaltet ist, dessen anderer Anschluß mit der Bezugselektrode M verbunden ist. An dem Verbin dungspunkt 5 von Lastwiderstand 3 und der λ/4-Leitung 2 liegt der einseitig an der Masseelektrode M liegende, als Empfangsdiode 7 symbolisierte Empfangsteil. Am Verzwei gungspunkt 8 der beiden λ/4-Leitungen 1 und 2 ist die An tenne 9 angeschlossen.The known arrangement is an externally connected 2 × λ / 4 distributor. This consists of the two λ / 4 lines 1 and 2 and the load balancing resistor 3 . According to the invention in the above-mentioned laid-open document, this λ / 4 distributor is used as a directional switch so that at the connection point 4 of load balancing resistor 3 and the λ / 4 line 1, the transmission oscillator 6 is connected, the other connection of which to the reference electrode M is connected. At the connec tion point 5 of load resistor 3 and the λ / 4 line 2 is the one-sided on the ground electrode M, symbolized as the receiving diode 7 receiving part. At the branching point 8 of the two λ / 4 lines 1 and 2 , the antenna 9 is connected.

Die Weiche ist auf einfache Weise in der planaren Technik zu realisieren und kann wegen ihrer Kleinheit mit Vorteil in Kleinstradargeräte eingebaut werden. Bei einem Antennenwiderstand von etwa 50 Ω hat der Lastausgleichswi derstand einen Widerstandswert von 100 Ω.The switch is simple in the planar technique to realize and can be advantageous because of their small size can be installed in small radar devices. At a The load balancing wi has an antenna resistance of approximately 50 Ω was a resistance value of 100 Ω.

Die bekannte Anordnung bringt eine neue Anwendung des bis her nur als Leistungssammler bzw. Leistungsteiler be kannten λ/4-Kopplers als integrierte Sende- und Em pfangsrichtungsweiche. Bei der Dimensionierung der äußeren Beschaltung muß dabei von einer allseitigen Tor- Ab schlußimpedanz (Z_o) von Z_o=50 Ω ausgegangen werden. Dies führt zu einer scharfen Polstelle der Übertragungsdämpfung in der Sende-Empfangs-Richtung (Fig. 2 Kurve 300). Dadurch wird die LO-Zufuhr (zur Mischung notwendige Oszillatorspannung) für den Empfänger stark unsicher.The known arrangement brings a new application of the hitherto known only as a power collector or power divider be λ / 4 coupler as an integrated transmission and reception direction switch. When dimensioning the external wiring, an all-round gate termination impedance (Z _o ) of Z _o = 50 Ω must be assumed. This leads to a sharp pole point of the transmission loss in the send-receive direction ( FIG. 2 curve 300 ). This makes the LO supply (oscillator voltage required for mixing) very unsafe for the receiver.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es ermöglicht, den bekannten Stand der Technik in entsprechender Art und Weise (siehe weiter unten ausgeführter Lösungsgedanke) zu erweitern, wobei eine Oszillatorleistungsdosierung und eine bestmögliche breitbandige Lösung leicht zu finden ist.The invention has for its object an arrangement of the type mentioned at the beginning, which makes it possible the known prior art in a corresponding manner and Way (see solution outlined below) expand, taking an oscillator power metering and Find the best possible broadband solution easily is.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist in dem Pa tentanspruch 1 beschrieben. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sowie bevorzugte An wendungen der Erfindung aufgeführt.The achievement of the object is in Pa Claim 1 described. In the subclaims are advantageous training and further education and preferred to uses of the invention listed.

Der erfindungsgemäße Lösungsgedanke besteht darin, daß an jene oben genannte Sende-Empfangs-Richtungsweiche eine mo difizierbare Antenne angeschlossen wird. Diese muß bezüg lich des Frequenzganges ihres Fußpunktwiderstandes so vor transformiert werden, daß im Betriebsbereich um die Ar beitsfrequenz f_o herum ein bestimmtes Serienresonanzver halten zustande kommt.The idea of the solution according to the invention is that a mo difizbare antenna is connected to the above-mentioned directional switch. This must be transformed in relation to the frequency response of its base resistance so that in the operating range around the operating frequency f _o around a certain series resonance behavior is achieved.

Der Ersatz-Serienschwingkreis muß im Wellenwiderstand einen Wert in etwa zwischen 30 Ω und 60 Ω annehmen und die zugehörige optimale reelle Komponente etwa 45 Ω.The replacement series resonant circuit must have a characteristic impedance assume a value between 30 Ω and 60 Ω and the associated optimal real component about 45 Ω.

Läßt sich der Antennenfußpunkt leichter in ein Parallel kreisverhalten vortransformieren, so muß sein reeller Wi derstand etwa 55 Ω sein, sein Wellenwiderstand darf in etwa zwischen 60 Ω und 120 Ω liegen: Um auch hier das be nannte Serienresonanzverhalten zu erzeugen, schaltet man als Dualwandler zwischen Antennenzweipol und Antennentor der Weiche einen λ/4-Leistungstransformator vorzugsweise, mit Z_o=50 Ω Wellenwiderstand. If the antenna base point can be easily pre-transformed into a parallel circular behavior, its real resistance must be about 55 Ω, its wave impedance may be between 60 Ω and 120 Ω: To generate the so-called series resonance behavior, a dual converter is used to switch between Antenna bipolar and antenna gate of the switch a λ / 4 power transformer preferably, with Z _o = 50 Ω characteristic impedance.

Mit einem am Antennentor derart abgeschlossenen Sende- /Empfangsweiche, kann man noch bei ±16% Änderung der Be triebsfrequenz eine annähernd konstante Sender-Empfänger- Kopplung in etwa zwischen 30 und 40 dB erzielen. Die Größe der Koppeldämpfung wird wesentlich vom vortrans formierten Realteil der Antennenimpedanz, die Bandbreite wird wesentlich von ihrem Wellenwiderstand bestimmt. Auf diese Art und Weise wird durch die beschriebenen Maß nahmen für einen Mischer 7 eine optimal dosierte Oszilla torleistung breitbandig zur Vefügung gestellt. Alternativ hierzu könnte man den Lastausgleichswiderstand in der Sende-Empfangs-Richtungsweiche bis zu 10% abwei chend von 100 Ω ändern. Hierdurch verschwindet der Pol in der Übertragungsdämpfung der Sende-Empfangs-Richtung, die notwendige Entkopplungsbandbreite bleibt jedoch wie im Falle des 100 Ω Lastausgleichswiderstand etwa ±5%. Daher erscheint diese Maßnahme als wenig praktikabel.With a transmission / reception switch so closed at the antenna gate, an approximately constant transmitter-receiver coupling can still be achieved between approximately 30 and 40 dB with a ± 16% change in the operating frequency. The size of the coupling attenuation is essentially determined by the pre-transformed real part of the antenna impedance, the bandwidth is largely determined by its wave resistance. In this way, the measures described for a mixer 7 provide an optimally metered oscillator gate output in a broadband manner. Alternatively, one could change the load balancing resistance in the send-receive directional switch up to 10% deviating from 100 Ω. As a result, the pole disappears in the transmission loss of the transmit / receive direction, but the necessary decoupling bandwidth remains approximately ± 5%, as in the case of the 100 Ω load balancing resistor. Therefore, this measure appears to be less practical.

Mithin sind aufgrund des genannten Verfahrens nur Änderun gen an der externen Beschaltung der Sende-Empfangs-Rich tungweiche notwendig. Interne Änderungen sind nicht beson ders zweckmäßig.Therefore only changes due to the above-mentioned procedure to the external wiring of the send-receive rich switch necessary. Internal changes are not special expedient.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die gefundene Lö sung leicht herstellbar ist und preiswerter als äquiva lente Lösungen ausfällt.Another advantage is that the Lö found solution is easy to manufacture and cheaper than equiva solutions fail.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Fig. 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to FIGS. 1 to 3. Show it:

Fig. 1 das Schaltbild einer möglichen Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; . Figure 1 shows the diagram of a possible arrangement for carrying out the inventive method;

Fig. 2 die Übertragungskennlinie |S21| der Sende-Emp fangs-Richtungsweiche bei Manipulation in der Sende-Empfangs-Richtungsweiche, sowie bei Manipu lation gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren; Fig. 2 shows the transmission characteristic | S21 | the transmit-receive directional switch in the case of manipulation in the transmit-receive directional switch, and in the case of manipulation according to the method according to the invention;

Fig. 3 die katesische Darstellung der Funktion zwischen Mischerspannung (U_ZF) und Oszillatorspannung (U_LO); Fig. 3, the Kate Cartesian representation of the function between the mixer voltage (U _ZF) and oscillator voltage (U _LO);

Fig. 4 Ortskurvendarstellung S21 bei üblicher, dosierter und breitbandiger Adaption. Fig. 4 local curve representation S21 with usual, metered and broadband adaptation.

Das Schaltbild einer möglichen Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Bild 1 darge stellt. Es besteht aus der erfindungsgemäßen Anordnung ge mäß oben genannter Offenlegungsschrift. An dem Antennentor 8 ist jedoch keine Antenne 9 mit konstanten Fußpunktimpe danz von 50 Ω sondern eine Antenne 91, deren Fußpunktimpe danz frequenzabhängig und abgleichbar ausgebildet ist. Dabei ist diese Antenne 91 ersatzschaltbildmäßig vorzugs weise als Serienschwingkreis auszubilden.The circuit diagram of a possible arrangement for performing the method according to the invention is shown in Figure 1 Darge. It consists of the arrangement according to the invention ge according to the above publication. At the antenna gate 8 , however, there is no antenna 9 with a constant base point impedance of 50 Ω, but rather an antenna 91 whose base point impedance is frequency-dependent and adjustable. This antenna 91 is preferably in the form of an equivalent circuit as a series resonant circuit.

Ist die Antenne 91 durch einen Serienschwingkreis be schreibbar, so muß ihr Wellenwiderstand einen Wert in etwa zwischen 30 Ω und 60 Ω annehmen. Der zugehörige optimale transformierte Strahlungswiderstand beträgt in diesem Fall (inkl. Verluste) einen Wert von etwa 45 Ω.If the antenna 91 can be written by a series resonant circuit, then its wave resistance must have a value of approximately between 30 Ω and 60 Ω. The associated optimal transformed radiation resistance in this case (including losses) is approximately 45 Ω.

Weist die Antenne 91 hingegen Parallelschwingkreisverhal ten auf, so muß ihr Wellenwiderstand einen Wert in etwa zwischen 60 Ω und 120 Ω annehmen. Der zugehörige optimale transformiete Strahlungswiderstand hat in diesem Fall (inkl. Verluste) einen Wert von etwa 55 Ω. Mittels einer vorgeschalteten λ/4-langen Leitung ist diese Antennenimpe danz 91 zu transformieren damit am Antennentor 8 der Wei che wiederum der Frequenzgang einer Serienresonanz-Impe danz erscheint. Hierdurch ist die ZF-Leistung an dem Mi scher 7 auf ihren optimalen Arbeitsbereich 320 (Fig. 3) ausgerichtet.On the other hand, if the antenna 91 has parallel resonant circuit behavior, then its characteristic impedance must have a value of approximately between 60 Ω and 120 Ω. The associated optimal transformed radiation resistance in this case (including losses) has a value of approximately 55 Ω. By means of an upstream λ / 4-long line, this antenna impedance 91 is to be transformed so that the frequency response of a series resonance impedance appears at the antenna gate 8 of the switch. As a result, the ZF performance on the Mi shear 7 is aligned with its optimal working range 320 ( FIG. 3).

Alternativ hierzu könnte der Lastausgleichswiderstand 3 in der Sende-Empfangs-Richtungsweiche bis + oder - 10% var riert werden. Hierdurch verschwindet der scharfe Dämp fungs-Pol in Fig. 2 und es ergibt sich eine Kurvenschar 301 (Fig. 2), die notwendig Entkoppplungsbandbreite bleibt jedoch bei in etwa ±5%. Die Bandmittendämpfung vom Sender zum Empfänger übersteigt bei dieser Maßnahme einen Wert von in etwa 40 dB nicht.As an alternative to this, the load balancing resistor 3 could be varied up to + or - 10% in the send-receive directional switch. As a result, the sharp damping pole disappears in FIG. 2 and there is a family of curves 301 ( FIG. 2), but the necessary decoupling bandwidth remains at approximately ± 5%. With this measure, the band center loss from the transmitter to the receiver does not exceed a value of approximately 40 dB.

Wird zu wenig Oszillatorleistung dem Mischer 7 zur Verfü gung gestellt, so ergibt sich eine lineare Abhängigkeit der Mischproduktspannung (U_ZF) von der Größe der Oszilla toramplitude (U_LO). Man befindet sich somit im Bereich 310 der Übertragungskennlinie 307. Wird hingegen zuviel Oszil latorleistung auf den Mischer 7 übertragen, so wird dieser übersteuert. Mithin befindet man sich im Bereich 330 der Übertragungskennlinie 307.If too little oscillator power is made available to the mixer 7 , there is a linear dependency of the mixed product voltage (U _ZF ) on the size of the oscillator gate amplitude (U _LO ). One is thus in the area 310 of the transmission characteristic 307 . If, however, too much oscillator power is transferred to the mixer 7 , this is overridden. Thus, one is in the area 330 of the transmission characteristic 307 .

Die optimale Dosierung liegt daher im Bereich 320 der Übertragungskennlinie 307.The optimal dosage is therefore in the range 320 of the transmission characteristic 307 .

Fig. 4 zeigt die Ortskurve der Kopplung Sender-/Empfänger als Funktion der Frequenz im Falle der ülichen Adaption 331, im Falle der dosierten Adaption 332 und im Falle der breitbandigen Adaption 333. Fig. 4 shows the locus of the coupling transmitter / receiver as a function of frequency in the case of adaptation ülichen 331, in the case of metered adaptation 332, and in the case of the wideband adaptation 333rd

Hierbei bildet die 0°-180°-Achse die reelle Achse und die 90°-270°-Achse die imaginäre Achse des Ortskurven Diagrammes. Der Außenrand entspricht 0 dB-Dämpfung, das Zentrum 50 dB, das Raster ist 10 dB. Die Antenne selbst ist dabei ersatzbildmäßig als Serienschwingkreis aufge faßt. Analoge Darstellungen ergeben sich in dem Falle, daß die Antenne als Parallelschwingkreis (Ersatzschaltbild) auffaßbar ist.The 0 ° -180 ° axis forms the real axis and the 90 ° -270 ° axis is the imaginary axis of the locus Diagram. The outer edge corresponds to 0 dB attenuation, that Center 50 dB, the grid is 10 dB. The antenna itself is replaced as a series resonant circuit sums up. Analogous representations result in the case that the antenna as a parallel resonant circuit (equivalent circuit diagram) is understandable.

Durch dieses Verfahren sind konfektionierte Sende-Emp fangs-Richtungsweichen verwendbar. Hierbei wird auf Grund des beschriebenen Verfahrens der Mischungswirkungsgrad frequenz- und temperaturstabil. Desweiteren wird auf Grund des beschriebenen Verfahrens die Oszillatorleistung dem Mischer 7 in dosierter Form (Bereich 320 in Fig. 3) zur Verfügung gestellt.Assembled transmit / receive directional switches can be used with this method. Due to the method described, the mixing efficiency becomes frequency and temperature stable. Furthermore, on the basis of the method described, the oscillator power is made available to the mixer 7 in a metered form (region 320 in FIG. 3).

Claims

1. A method for optimally utilizing a transmit-receive directional switch with an adapted antenna, characterized in that

- That essentially by changing the antenna parameters of an antenna 91 , this antenna 91 is adapted to a directional switch 33 in such a way that the properties of the transmit-receive directional switch are used in the best possible way, that is to say that a mixer 7 has an optimally metered oscillator gate output is provided;
- That that metered oscillator power is broadband at the mixer gate.

2. The method according to claim 1, characterized in that the antenna 91 in the case of series resonant circuit behavior has a wave resistance in approximately between 30 Ω and 60 Ω and a transformed radiation resistance of approximately 45 Ω or that the antenna 91 behave in a parallel resonant circuit a wave resistance in has between about 60 Ω and 120 Ω and a radiation resistance of about 55 Ω, but here also a λ / 4 line transformer must be switched on.

3. The method according to claim 1, characterized in that assembled send-receive directional switches used are.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the transmit-receive directional soft on a diode 7, an optimal degree of mixing efficiency occurs frequency and temperature stable.