DE69216851T2 - Gerät und methode zur korrektur von elektrischen leitungslängenphasenfehlern - Google Patents

Description

Erfindungsgebiet:
• Die vorliegende Erfindung betrifft das Kompensieren von Phasenfehlern in elektromagnetischen Empfangssystemen, insbesondere betrifft sie das Kompensieren von Fehlern, die sich aus unterschiedlichen Stromzweiglängen in elektromagnetischen Empfangssystemen mit einer Mehrelementantenne ergeben.
Beschreibung des Standes der Technik:
• Bei Empfangssystemen, die zum Messen eines Peilungswinkels eines Eindringlings verwendet werden, ist es wichtig, zwischen den Signalen von den verschiedenen Elementen der Antenne eine präzise Phasenbeziehung aufrechtzuerhalten.
• Phasenfehler werden in diese Systeme durch Unterschiede in den Stromzweiglängen zwischen den Antennenelementen und anderen Teilen des Empfängersystems eingeführt.
• In der Vergangenheit wurde dieses Problem dadurch angegangen, daß das Antennensystem nach seiner Installation in einem Flugzeug kalibriert wurde; durch diesen Weg wurden die Kosten und die Komplexität des Installationsprozesses vergrößert. Das Problem wurde auch dadurch angegangen, daß die Antennenelemente unter Verwendung von Kabeln beziehungsweise Leitern mit einer präzise eingestellten Länge mit dem Empfänger verbunden wurden. Es hat sich herausgestellt, daß die Verwendung von Kabeln beziehungsweise Leitern mit präzise eingestellten Längen teuer und unzweckmäßig ist. Die Kabel beziehungsweise Leiter mit präzise eingestellten Längen waren nicht nur teuer, sondern erforderten auch die Verwendung spezieller Prüfgeräte zur Überprüfung der Kabellänge.
• In Hinblick auf den Stand der Technik erscheinen britische Patentschrift GB-2171849A und das US-Patent US- 5,027,127 relevant zu sein. Die britische Patentanmeldung betrifft das Abgleichen von phasengesteuerten Antennensystemen. Um alle Antennenelemente 22 einer phasengesteuerten Gruppe abzugleichen beziehungsweise zu kalibrieren, das heißt, dafür zu sorgen, daß bei einer bestimmten Richtung alle einzelnen Ausgangssignale gleiche Amplitude und Phase aufweisen, sind zwei Stufen des Abgleichs erforderlich. Als erstes wird eine Antenne als Bezugsgröße festgelegt, und dann werden, indem jede der anderen der Reihe nach genommen wird und ein Eins-zu- Eins-Vergleich mit der Bezugsgröße gezogen wird, bei G2, G3, usw. Verstärkungsbefehlswerte festgelegt werden, die Ausgangssignale ergeben, die der der Bezugsantenne gleich sind. Diese Werte werden aufgezeichnet. Zweitens werden, wiederum unter Betrachtung einer Antenne als Norm und indem auf das gleiche konstante Ausgangssignal hingearbeitet wird, Phasenbefehlswerte P2, P3, P4 usw. festgelegt, um Phasen zu ergeben, die zu der Phase für den Bezugswert Pa genau in Gegenphase sind. Die Kalibrierungsergebnisse können in einem Rechnerspeicher gespeichert werden.
• Das US-Patent betrifft den Phasenabgleich von elektronisch abgetasteten Antennengruppen. Erfindungsgemäß wird ein auch als BITE ("Built-In Test Equipment" = Selbstprüfvorrichtung) bekanntes, lose gekoppeltes phasenlineares Kopplersystem mit konstanter Amplitude und wandernder Einspeisung rückwärtig an eine Reihe von strahlenden Elementen einer elektronisch phasengesteuerten Antenne angebracht, um von einem Prüfgenerator aus gleiche Mengen an Hochfrequenzenergie (HF) an jedes strahlende Element mit einer konstanten Phasendifferenz zwischen allen benachbarten Elementen zu verteilen. Die am Antenneneingangsanschluß empfangenen komplexen Spannungssignale werden fur eine vorbestimmte Anzahl von elektronischen Abtastwinkeln aufgezeichnet.
• Diese aufgezeichneten Informationen werden dann einer komplexvariablen Matrixinversion unterzogen, was Phasen- und Amplitudenanzeigen für jedes strahlende Element erzeugt, wobei das Negative der so festgestellten Phasenwerte den gewünschten, dem Strahllenkungsrechner zuzuführenden Korrekturfaktor darstellt.
Kurze Darstellung der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung umfaßt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Korrigieren von Phasenfehlern bei einem elektromagnetischen Empfangssystem, das eine Antenne umfaßt, die ein mit einem ersten Stromzweig verbundenes erstes Element, ein mit einem zweiten Stromzweig verbundenes zweites Element, ein mit einem dritten Stromzweig verbundenes drittes Element und ein mit einem Stromzweigleiter verbundenes viertes Element aufweist. Die vier Antennenelemente sind in einem ungefähr quadratischen Muster angeordnet. Ein selektives Sendemittel sendet ein Prüfsignal auf einem ausgewählten Element, so daß das Prüfsignal von einem anderen Element empfangen wird, wobei das ausgewählte Element eines von dem zweiten, dritten und vierten Element ist. Ein erster Phasenschieber versieht ein auf dem zweiten Stromzweig geführtes Signal mit einer veränderlichen Phasenverschiebung und erzeugt ein erstes phasenverschobenes Signal. Ein zweiter Phasenschieber versieht ein auf dem dritten Stromzweig geführtes Signal mit einer zweiten veränderlichen Phasenverschiebung und erzeugt ein zweites phasenverschobenes Signal. Ein drittes Phasenverschiebungsmittel versieht ein auf dem vierten Stromzweig geführtes Signal mit. einer dritten veränderlichen Phasenverschiebung und erzeugt ein drittes phasenverschobenes Signal. Ein Signalverknüpfungsmittel verknüpft ein auf dem ersten Stromzweig geführtes Signal mit dem ersten, zweiten und dritten phasenverschobenen Signal, so daß ein Stromzweiglängenphasenkorrekturwert bestimmt werden kann.
• Die vorliegende Erfindung kompensiert Unterschiede in Stromzweiglängen bei Empfangssystemen mit einer Mehrelementantenne. Diese Unterschiede ergeben sich aus unterschiedlichen Kabel- beziehungsweise Leiterlängen. Die Erfindung kompensiert diese unterschiedlichen Längen nach der anfänglichen Installation und während des normalen Betriebs. Durch die automatische Kompensierung unterschiedlicher Leiterlängen vereinfacht die vorliegende Erfindung den Installationsprozeß durch Beseitigung der Notwendigkeit von Kabeln mit präzisen Längen oder von spezieller Prüfausrüstung, die zum Überprüfen von Kabellängen verwendet wird. Durch regelmäßiges Kompensieren der unterschiedlichen Kabellängen während des normalen Betriebs beseitigt die vorliegende Erfindung Phasenfehler, die sich aus Temperaturschwankungen und dem Altern der Geräte ergeben. Dies führt zu verringerten Wartungskosten und einem zuverlässigeren Empfängersystem.
• Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Figur 1 ist ein Blockschaltbild, das eine Antenne mit vier Elementen und die von unterschiedlichen Stromzweiglängen eingeführten Phasenfehler illustriert;
• Figur 2 ist ein Blockschaltbild, das das methodische Vorgehen zum Steuern des Signalflusses innerhalb der vorliegenden Erfindung illustriert;
• Figur 3 ist ein Blockschaltbild einer Signalweiche; und
• Figur 4 ist ein Blockschaltbild eines Zwei- Antennen-Systems, bei dem jede Antenne mehrere Elemente aufweist.
• Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen Bei der Beschreibung. der vorliegenden Erfindung werden die folgenden Konventionen verwendet. Phasenschieber werden durch einen Buchstaben mit einem darauffolgenden, hochgestellten # dargestellt. Die elektrische Länge zwischen zwei beliebigen Elementen in einer Antenne 10 wird durch das Unterstreichen der Buchstaben der betrachteten Antennenelemente angedeutet. Der elektrische Abstand zwischen Elementen A und B wird durch AB angedeutet, der elektrische Abstand zwischen Elementen B und C wird durch BC angedeutet, der elektrische Abstand zwischen Elementen C und D wird durch CD angedeutet, der elektrische Abstand zwischen Elementen A und D wird durch AD angedeutet, der elektrische Abstand zwischen Elementen A und C wird durch AC angedeutet und der elektrische Abstand zwischen Elementen B und D wird durch BD angedeutet.
• Figur 1 illustriert die Mehrelementantenne 10 mit den Elementen A, B, C und D. Die von jedem der Elemente empfangenen Signale werden der Signalweichenschaltung 20 zugeführt. Das Signal von Element A wird über den Stromzweig beziehungsweise Leiter 22 direkt zum Eingang 21 der Signalweiche geleitet. Das Signal von Element B wird über den Stromzweig beziehungsweise Leiter 24, der beziehungsweise die den Phasenschieber 26 enthält, zum Eingang 23 der Signalweiche 20 geleitet. Das Signal von Element C wird über den Stromzweig beziehungsweise Leiter 28, der beziehungsweise die den Phasenschieber 30 enthält, zum Eingang 27 der Signalweiche 20 geleitet. Das Signal von Element D wird über den Stromzweig beziehungsweise Leiter 32, der beziehungsweise die den Phasenschieber 34 enthält, zum Eingang 31 der Signalweiche 20 geleitet. Die Kreise, die εb, εc und εd enthalten, stellen den von den unterschiedlichen Stromzweiglängen eingeführten Phasenfehler dar. Die Unterschiede der Stromzweiglängen werden hinsichtlich der Länge des Stromzweigs 22 bestimmt. Die durch εb, εc und εd dargestellten Phasenfehler werden kompensiert, indem der Ausgang DELTA2 der Signalweiche 20 überwacht und die Phasenschieber 26, 30 und 34 justiert werden. Der Phasenfehler εb wird durch Einführung einer Phasenvoreinstellung φb = -εb unter Verwendung des Phasenschiebers 26 kompensiert, der Phasenfehler εc wird durch Einführen einer Phasenvoreinstellung φc = -εc unter Verwendung des Phasenschiebers 30 kompensiert und der Phasenfehler εd wird durch Einführen einer Phasenvoreinstellung unter Verwendung des Phasenschiebers 34 φd = -εd kompensiert.
• Die Signalweiche 20 empfängt das Signal A# vom Stromzweig 22 am Eingang 21, Signal B# vom Stromzweig 24 am Eingang 23, Signal C# vom Stromzweig 28 am Eingang 27 und Signal D# vom Stromzweig 32 am Eingang 31. Der Ausgang DELTA2 wird durch folgende Gleichung dargestellt, die die Phasenschieberschreibweise ist,
• DELTA2 = (A# - C#) + j(B# - D#) + θ
• wobei "j" so ausgelegt werden kann, daß es eine Phasenverschiebung von 90º darstellt, und θ ein willkürlicher Phasenversatz, der bezüglich der Korrektur von Stromzweiglängenphasenfehlern ignoriert werden kann, ist.
• Die Phasenfehler werden dadurch kompensiert, daß die Annahmen aufgestellt werden, daß AB ungefähr gleich BC ist, daß AB ungefähr gleich CD ist, daß AD ungefähr gleich BC ist und daß AC ungefähr gleich BD ist. Elektrische Abstände werden als ungefähr gleich betrachtet, wenn sie innerhalb von plus oder minus 45 elektrischen Grad voneinander liegen.
• Die Phasenvoreinstellung φc, die zum Kompensieren des Phasenfehlers εc verwendet wird, wird durch Senden eines Signals über Element B und Empfangen des Signals über die Elemente A und C bei Abschluß des Elements D erhalten. Die Phasenverschiebungsvoreinstellung φc des Phasenschiebers 30 wird so lange eingestellt, bis die Spannung am Ausgang DELTA2 der Signalweiche 20 auf einem Minimum ist. Wenn das Signal am Ausgang DELTA2 der Signalweiche 20 minimiert worden ist, kompensiert die vorliegende Phasenvoreinstellung φc den Phasenfehler εc. Die folgenden Gleichungen veranschaulichen, wie die Phasenvoreinstellung φc erhalten wird.
• DELTA2 = (A# - C#) + j (B# - D#)
• 0 = (A# - C#)
• A# = C#
• Wenn eine Ausdrucksweise mit Stromzweiglängen verwendet wird, kann obige Gleichung wie folgt umgeschrieben werden:
• AB = BC + εc + φc
• φc + -εc
• Die Phasenvoreinstellung φd, die zum Kompensieren des Phasenfehlers εd verwendet wird, wird unter Verwendung eines Verfahrens mit zwei Schritten erhalten. Der erste Schritt in dem Verfahren beinhaltet das Senden eines Signals über Element B, während über die Elemente A und D ein Signal empfangen wird, wobei Element C abgeschlossen ist. Die vom Phasenschieber 34 eingeführte Phasenvoreinstellung φd1 wird solange eingestellt, bis das Ausgangssignal DELTA2 der Signalweiche 20 minimiert worden ist. Die folgenden Gleichungen veranschaulichen die Beziehung zwischen Phasenvoreinstellung φd1 und Phasenfehler εd.
• DELTA2 = (A# - C#) + j (B# - D*)
• 0 = A# - jD#
• A# = D# + 90º
• Wenn eine Ausdrucksweise mit Stromzweiglängen verwendet wird, kann obige Gleichung wie folgt umgeschrieben werden.
• AB = BD + φd1 + εd + 90'
• φd1 = AB - BD -εd - 90º
• Der zweite Schritt, um die eigentliche Phasenvoreinstellung zum Kompensieren des Phasenfehlers εd zu erhalten, beinhaltet das Senden eines Signals über Element C, während das Signal über die Elemente A und D empfangen wird, wobei Element B abgeschlossen ist. Die Phasenvoreinstellung φd2 des Phasenschiebers 34 wird dann solange eingestellt, bis die Spannung am Ausgang DELTA2 der Signalweiche 20 minimiert worden ist. Die folgenden Gleichungen veranschaulichen die Beziehung zwischen der Phasenvoreinstellung φd2 und dem Phasenfehler εd.
• DELTA2 = (A# - C#) + j (B# - D#)
• 0 = A# - j D#
• A# = jD#
• A#= D# + 90º
• Wenn eine Ausdrucksweise mit Stromzweiglängen verwendet wird, kann obige Gleichung wie folgt umgeschrieben werden.
• AC = CD + φd2 + εd + 90º
• φd2 = AC - CD -εd - 90º
• Die gewünschte Phasenschiebervoreinstellung φd wird dadurch gefunden, daß die Voreinstellungen φd1 und φd2 gemittelt und dann 90º zum Ergebnis addiert wird. Bei der Berechnung des Mittelwerts von Winkeln muß sorgfältig vorgegangen werden, um die richtigen Ergebnisse zu gewährleisten. So zum Beispiel beträgt der Mittelwert von 80 Grad und 274 Grad je nach Blickwinkel entweder 177 Grad oder 69 Grad (274 entspricht -86). Bei der Durchführung dieser Berechnung sollte angenommen werden, daß φd1 größer als φd2 ist, falls die Größe AB - BD größer ist als AC - CD, und falls AB - BD kleiner als AC - CD ist, sollte angenommen werden, daß φd2 größer als φd1 ist. Die folgenden Gleichungen veranschaulichen die Beziehung zwischen den Phasenschiebervoreinstellungen φd1 und φd2.
• 0,5(φd1 + φd2) = 0,5(AC - BD + AB - CD - 2εd - 180º)
• 0,5(φd1 + φd2) = -εd - 90º
• Deshalb ist
• φd = 0,5(φd1 + φd2) + 90º = -εd
• Auf gleiche Weise wird eine Phasenverschiebungsvoreinstellung φb, die den Phasenfehler Eb kompensiert, dadurch gefunden, daß über Element C gesendet wird, während über die Elemente A und B empfangen wird, wobei Element D abgeschlossen ist. Die Phasenschiebervoreinstellung φb1 wird dann solange eingestellt, bis das Ausgangssignal DELTA2 der Signalweiche 2 minimiert worden ist. Die Beziehung zwischen φb1 und dem Phasenfehler εb wird durch die folgenden Gleichungen veranschaulicht.
• DELTA2 = (A# - C#) + j (B# - D#)
• 0 = A# + jB#
• A# = -jB#
• A# = B# - 90º
• Wenn eine Ausdrucksweise mit Stromzweiglängen verwendet wird, kann obige Gleichung wie folgt umgeschrieben werden.
• AC = BC + φb1 + εb - 90º
• φb1 = AC - BC - εb + 90º
• Der zweite Schritt bei der Bestimmung der Phasenschiebervoreinstellung φb beinhaltet das Senden über Element D, während über Elemente A und B empfangen wird, wobei Element C abgeschlossen ist. Die Phasenschiebervoreinstellung φb2 wird dadurch erhalten, daß der Phasenschieber 26 solange eingestellt wird, bis das Ausgangssignal DELTA2 der Signalweiche 20 minimiert worden ist. Die folgenden Gleichungen veranschaulichen die Beziehung zwischen der Phasenvoreinstellung φb2 und dem Phasenfehler εb.
• DELTA2 = (A# - C#) + j (B# - D#)
• 0 = A# +jB#
• A# = -jB#
• A#= B# - 90º
• Wenn eine Ausdrucksweise mit Stromzweiglängen verwendet wird, kann obige Gleichung wie folgt umgeschrieben werden.
• AD = BD + φb2 + εb - 90º
• φb2 = AD - BD - εb + 90º
• Die Phasenschiebervoreinstellung φb wird dadurch erhalten, daß die Voreinstellungen φb1 und φb2 gemittelt werden und dann 90º subtrahiert wird. Bei der Durchführung dieser Berechnung sollte angenommen werden, daß die Phasenvoreinstellung φb1 kleiner ist als die Phasenvoreinstellung φb2, falls die Größe AD - BD größer ist als AC - BC, und falls AD - BD kleiner als AC - BC ist, sollte angenommen werden, daß φb2 kleiner als φb1 ist. Die folgende Gleichung veranschaulicht die Beziehung zwischen der Phasenschiebervoreinstellung φb und den Voreinstellungen φb1 und φb2.
• φb= 0,5(φb1 + φb2) - 90º = -εb
• Bei den obigen Gleichungen wurde angenommen, daß DELTA2 gegen Null geht, DELTA2 geht jedoch in der Regel gegen einen Minimalwert, der nicht gleich Null ist. Dazu kommt es, da die Amplituden der Phasenschieberglieder in den Gleichungen nicht immer gleich sind. Zum Zweck der Bestimmung von Phasenwinkeln kann DELTA2, wenn es gleich einem Minimalwert ist, ein Wert von Null zugewiesen werden. Wenn das Minimum für das Ausgangssignal DELTA2 als Funktion der von Phasenschieber 26, 30 beziehungsweise 34 eingeführten Phasenvoreinstellung bestimmt wird, können aufgrund ungleicher Phasenschieberamplituden, Rauschen und Impedanzfehlanpassung innerhalb des Systems mehrere Minima auftreten. Dieses Problem kann dadurch angegangen werden, daß der Wert des Ausgangssignals DELTA2 für alle möglichen Phasenschiebereinstellungen des betrachteten Phasenschiebers aufgezeichnet wird. Das eigentliche Minimum kann dadurch erhalten werden, daß eine Fourier-Regression erster Ordnung, das heißt eine sinusförmige Kurvenanpassung, durchgeführt wird, um das eigentliche Spannungsminimum zu bestimmen.
• Die oben beschriebene Prozedur sollte beim Einschalten ausgeführt werden und während Normalbetrieb alle zwei Minuten wiederholt werden. Indem diese Prozedur beim Einschalten und während des Normalbetriebs in regelmäßigen Abständen durchgeführt wird, wird für die anfänglichen Phasenfehler und alle zusätzlichen Phasenfehler, die mit der Zeit auftreten, eine Phasenkompensation bereitgestellt.
• Figur 2 ist ein Blockschaltbild, das illustriert, wie in der vorliegenden Erfindung der Signalfluß gesteuert wird. Oszillator 50 wird verwendet, um ein Prüfsignal zu erzeugen. Das Ausgangssignal von Oszillator wird einem 3:1 HF-Multiplexer 52 zugeführt. Multiplexer 52 wird dazu verwendet, das Signal vom Oszillator 50 einem von drei Richtkopplern bereitzustellen. Richtkoppler 54 koppelt das Prüfsignal von Oszillator 50 in den Stromzweig beziehungsweise Leiter 24 ein, Richtkoppler 56 koppelt das Prüfsignal von Oszillator 50 in den Stromzweig beziehungsweise Leiter 28 ein und Richtkoppler 58 koppelt das Signal von Oszillator 50 in den Stromzweig beziehungsweise Leiter 32 ein.
• Jeder der Richtkoppler enthält drei Anschlüsse. Der Richtkoppler 54 enthält die Anschlüsse 60, 62 und 64. Der Anschluß 60 empfängt das Prüfsignal. Das Prüfsignal wird von Anschluß 60 her- und durch Anschluß 62 hinausgeleitet, wobei ein minimaler Signalpegel durch Anschluß 64 hinausgeleitet wird. Wenn von Anschluß 62 ein Eingangssignal empfangen wird, wird es durch Anschluß 64 hinausgeleitet.
• Der Richtkoppler 56 enthält die Anschlüsse 66, 68 und 70. Der Anschluß 66 empfängt das Prüfsignal. Das Prüfsignal wird von Anschluß 66 her- und durch Anschluß 68 hinausgeleitet, wobei ein minimaler Signalpegel durch Anschluß 70 hinausgeleitet wird. Wenn von Anschluß 68 ein Eingangssignal empfangen wird, wird es durch Anschluß 70 hinausgeleitet.
• Der Richtkoppler 58 enthält die Anschlüsse 72, 74 und 76. Der Anschluß 72 empfängt das Prüfsignal. Das Prüfsignal wird von Anschluß 72 her- und durch Anschluß 74 hinausgeleitet, wobei ein minimaler Signalpegel durch Anschluß 76 hinausgeleitet wird. Wenn von Anschluß 74 ein Eingangssignal empfangen wird, wird es durch Anschluß 76 hinausgeleitet.
• Anschluß 64 des Richtkopplers 54 wird mit Klemme 78 des HF-Schalters 80 verbunden. Der HF-Schalter 80 umfaßt 2 einpolige Umschalter und zwei 50-Ohm-Lasten oder -Abschlüsse. Klemme 82 des HF-Schalters 80 ist mit dem Eingang des Phasenschiebers 26 verbunden. Der Ausgang des Phasenschiebers 26 ist mit dem Eingang 23 des Signalverknüpfers 20 verbunden.
• Anschluß 70 des Richtkopplers 56 wird mit Klemme 84 des HF-Schalters 86 verbunden. Der HF-Schalter 86 ist vom gleichen Schaltertyp wie der HF-Schalter 80. Klemme 88 des HF-Schalters 86 ist mit dem Eingang des Phasenschiebers 30 verbunden. Der Ausgang des Phasenschiebers ist mit dem Eingang 27 der Signalweiche 20 verbunden.
• Anschluß 76 des Richtkopplers 58 wird mit Klemme 90 des HF-Schalters 92 verbunden. Der HF-Schalter 92 ist vom gleichen Schaltertyp wie der HF-Schalter 86. Klemme 94 des HF-Schalters 92 ist mit dem Eingang des Phasenschiebers 34 verbunden. Der Ausgang des Phasenschiebers 34 ist mit dem Eingang 31 der Signalweiche 20 verbunden.
• Wenn ein bestimmtes Antennenelement zum Senden des Prüfsignals von Oszillator 50 verwendet wird, wird der HF-Multiplexer 52 so positioniert, daß er das Prüfsignal an den jeweiligen Richtkoppler weiterleitet. Der Richtkoppler gibt dann das Prüfsignal an den Leiter weiter, der mit dem Element verbunden ist, das zum Senden verwendet wird. So zum Beispiel wird ein am Anschluß 60 des Richtkopplers 54 empfangenes Prüfsignal durch den Anschluß 62 hinaus- und dann an das Antennenelement B weitergeleitet.
• Wenn ein Richtkoppler das Prüfsignal vom Multiplexer 52 erhält, wird ein kleiner Teil der Energie des Prüfsignals durch den mit dem HF-Schalter verbundenen Anschluß geleitet. Im Fall des Richtkopplers 54 wird etwas von der Energie des Prüfsignals durch den Anschluß 64 zur Klemme 78 des HF-Schalters 80 geleitet. Um diese Prüfsignalenergie am Erreichen der Signalweiche 20 zu hindern, wird der zwischen dem Richtkoppler und dem Phasenschieber positionierte HF-Schalter so eingestellt, daß die Prüfsignalenergie in eine Last mit vorzugsweise 50 Ohm abgeleitet wird. Zur gleichen Zeit schließt der Schalter auch den Eingang zum Phasenschieber in einer anderen Last von vorzugsweise 50 Ohm ab.
• Wenn ein bestimmtes Antennenelement zum Empfangen eines gesendeten Signals verwendet wird, wird das Signal unverändert durch den diesem Element zugeordneten Richtkoppler geleitet. Das Ausgangssignal des Richtkopplers wird dann durch den HF-Schalter und in den zugeordneten Phasenschieber geleitet. Bei Empfang eines Signals wird der dem empfangenden Antennenelement zugeordnete HF Schalter so positioniert, daß ein an einer Eingangsklemme erscheinendes Signal an die Ausgangsklemme weitergeleitet wird, ohne in einer der Lasten abgeschlossen zu werden.
• Wenn ein bestimmtes Antennenelement abgeschlossen werden soll, wird der diesem Element zugeordnete HF Schalter so positioniert, daß die Eingangsklemme des Schalters mit einer Lastimpedanz von vorzugsweise 50 Ohm verbunden wird. Während die Eingangsklemme des Schalters mit der Lastimpedanz verbunden ist, ist seine Ausgangsklemme mit einer anderen Lastimpedanz von vorzugsweise 50 Ohm verbunden.
• Die HF-Schalter können unter Verwendung von zwei einpoligen Umschaltern und zwei 50-Ohm-Lasten ausgebildet werden. Die einpoligen Umschalter sind von M/ACOM erhältlich, mit Sitz in 21 Continental Blvd., Merrimack, NH 03054 (603-424-4111). Der Multiplexer 52 kann unter Verwendung eines einpoligen Dreifach-HF-Umschalters ausgebildet werden. Die Richtkoppler können ebenfalls von M/ACOM bezogen werden. Bei den Phasenschiebern kann es sich um digitale Diodenphasenschieber handeln, die von Triangle Microwave Inc bezogen werden können, mit Sitz in 31 Fatinella Drive, East Hanover, NJ 07936. Vorzugsweise werden Sechs-Bit-Phasenschieber verwendet.
• Figur 3 ist ein Blockschaltbild einer Signalweiche 20. Die Signalweiche 20 kann unter Verwendung von 180º-Überkreuzungshybridrichtkopplern und 90º-Überkreuzungshybridrichtkopplern ausgebildet werden. Bei den Hybridrichtkopplern 110, 112 und 114 handelt es sich um 180º-Hybridrichtkoppler, bei denen es sich vorzugsweise um den Hybridrichtkoppler 2031-6331-00 Omni Spectra handelt, der von M/ACOM erhältlich ist. Beim Hybridrichtkoppler 116 handelt es sich um einen 90º-Überkreuzungshybridrichtkoppler, der vorzugsweise ein Hybridrichtkoppler Omni Spectra 2032-6344-00 ist, der ebenfalls von M/ACOM erhältlich ist. Die Eingänge 21 und 27 der Signalweiche 20 entsprechen dem 0º/180º-Eingangbeziehungsweise dem 0º-Eingang der Hybridweiche 110. Die Eingänge 23 und 31 der Signalweiche 20 entsprechen dem O-Eingang beziehungsweise dem 0º/180º-Eingang der Hybridweiche 112. Die Ausgänge der Hybridweichen 110 und 112 sind mit den Eingängen der Hybridweichen 114 und 116 unter Verwendung halbstarrer Coaxialkabel verbunden. Andere Arten von HF-Leitern können verwendet werden. Der Σ-Ausgang der Hybridweiche 110 ist mit dem 0º/180º- Eingang der Hybridweiche 114 verbunden. Das von dem 0º/180º-Eingang der Hybridweiche 114 empfangene Signal entspricht der Summe aus dem Eingang 21 und dem Eingang 27. Der Δ-Ausgang der Hybridweiche 110 ist mit dem "IN"- Eingang der Hybridweiche 116 verbunden. Das von dem "IN"- Eingang der Hybridweiche 116 empfangene Signal entspricht Eingang 21 minus Eingang 27. Das Δ-Ausgangssignal der Hybridweiche 112 wird von dem "ISO"-Eingang der Hybridweiche 116 empfangen. Das von dem "ISO"-Eingang der Hybridweiche 116 empfangene Eingangssignal entspricht dem Eingang 23 minus Eingang 31. Das E-Ausgangssignal der Hybridweiche 112 wird von dem 0º-Eingang der Hybridweiche 114 empfangen. Das am 0º-Eingang der Hybridweiche 114 empfangene Signal entspricht der Summierung der Eingänge 23 und 31. Der Σ-Ausgang der Hybridweiche 114 entspricht dem SUM-Ausgang der Signalweiche 20. Der Δ-Ausgang der Hybridweiche 114 ist in einer 50-Ohm-Last abgeschlossen. Der Ausgang 120 der Hybridweiche 116 entspricht dem DELTA2-Ausgang der Signalweiche 20. Der Ausgang 122 der Hybridweiche 116 ist in einer 50-Ohm-Last abgeschlossen.
• Die die Hybridweichen zusammenschaltenden Leiter sind derart zurechtgeschnitten, daß das SUM-Ausgangssignal durch die Gleichung
• SUM = A# + B# + C# + D#
• und das DELTA2-Ausgangssignal durch die Gleichung
• DELTA2 = (A# - C#) + j(B# - D#) + θ
• dargestellt wird, wobei 6 ein willkürlicher Phasenversatz hinsichtlich des SUM-Ausgangssignals ist.
• Es ist ebenfalls möglich, die Signalweiche 20 unter Verwendung einer einzelnen Hybridpackung anstelle der vier getrennten Hybridpackungen auszubilden.
• Figur 4 ist ein Blockschaltbild, das die vorliegende Erfindung bei Verwendung mit zwei Mehrelementantennen illustriert. Die Anordnung ähnelt der hinsichtlich Figur 2 beschriebenen Anordnung, allerdings sind die Schalter 130, 132, 134 und 136 hinzugenommen worden, um zwischen den verschiedenen Antennen umzuschalten. Die Schalter umfassen einen einpoligen HF-Umschalter. In einer ersten Position sind die Elemente einer ersten Antenne mit der Schaltung von Figur 2 verbunden. In einer zweiten Position sind die Elemente der zweiten Antenne mit der Schaltung von Figur 2 verbunden. Durch Verwendung der oben erwähnten Schalter kann Kompensation für die Phasenfehler bereitgestellt werden, die sich aus den den Elementen jeder Antenne zugeordneten unterschiedlichen Stromzweiglängen ergeben. In der ersten Position werden die richtigen Phasenverschiebungsvoreinstellungen für die erste Antenne bestimmt und immer dann verwendet, wenn Antenne 1 ausgewählt ist. In der zweiten Position werden die Phasenverschiebungsvoreinstellungen für Antenne 2 bestimmt und immer dann verwendet, wenn Antenne 2 ausgewählt ist. Diese Anordnung spart Schaltung ein, indem sie die Verwendung von zwei Antennen mit nur einem Satz von Kompensationstechnik gestattet. Diese Art von Anord nung kann fur eine beliebige Anzahl von Antennen verwendet werden, solange die Antennen zeitgemultiplext sind.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Korrigieren von Stromzweigphasenfehlern bei einem elektromagnetischen Empfangssystem, das eine Antenne (10) umfaßt, die ein mit einem ersten Stromzweig (22) verbundenes erstes Element (A), ein mit einem zweiten Stromzweig (24) verbundenes zweites Element (B), ein mit einem dritten Stromzweig (28) verbundenes drittes Element (C) und ein mit einem vierten Stromzweig (32) verbundenes viertes Element (D) aufweist, wobei das erste, das zweite, das dritte und das vierte Element in einem ungefähr quadratischen Muster angeordnet sind, wobei die Vorrichtung durch folgendes gekennzeichnet ist:

(a) ein selektives Sendemittel (52, 54, 56, 58) zum Senden eines Prüfsignals über ein ausgewähltes Element, so daß das Prüfsignal von einem anderen Element empfangen wird, wobei das ausgewählte Element eines von dem zweiten, dritten und vierten Element ist;

(b) ein erstes Phasenverschiebungsmittel (26) zum Versehen eines auf dem zweiten Stromzweig (24) geführten Signais mit einer ersten veränderlichen Phasenverschiebung, um ein erstes phasenverschobenes Signal zu erzeugen;

(c) ein zweites Phasenverschiebungsmittel (30) zum Versehen eines auf dem dritten Stromzweig (28) geführten Signals mit einer zweiten veränderlichen Phasenverschiebung, um ein zweites phasenverschobenes Signal zu erzeugen;

(d) ein drittes Phasenverschiebungsmittel (34) zum Versehen eines auf dem vierten Stromzweig (32) geführten Signals mit einer dritten veränderlichen Phasenverschiebung, um ein drittes phasenverschobenes Signal zu erzeugen; und

(e) ein Signalverknüpfungsmittel (20) zum Verknüpfen eines auf dem ersten Stromzweig geführten Signals, des ersten phasenverschobenen Signals, des zweiten phasenverschobenen Signals und des dritten phasenverschobenen Signals als Eingangssignale, so daß ein Stromzweigphasenkorrekturwert bestimmt werden kann, wodurch das Signalverknüpfungsmittel (20) ein durch (A#-C#)+j(B#-D#) dargestelltes Ausgangssignal erzeugt, wobei j eine Phasenverschiebung von 90º darstellt und wobei A# das erste Signal an einem ersten Eingang des Signalverknüpfungsmittels darstellt, B# das zweite Signal an einem zweiten Eingang des Signalverknüpfungsmittels darstellt, C# das dritte Signal an einem dritten Eingang des Signalverknüpfungsmittels darstellt und D# das vierte Signal an einem vierten Eingang des Signalverknüpfungsmittels (20) darstellt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das selektive Sendemittel (52, 541 56, 58) einen Richtkoppler (54, 56, 58) umfaßt, der mit dem ausgewählten Element elektrisch verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das selektive Sendemittel (52, 54, 56, 58) einen Multiplexer (52) umfaßt, der mit dem Richtkoppler elektrisch verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin ein Schaltmittel (80, 86, 92) zum selektiven Aufrechterhalten und Unterbrechen eines Stromzweigs zwischen einem Element und einem Eingang des Signalverknüpfungsmittels umfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Schaltmittel eine Abschlußimpedanz umfaßt.

6. Verfahren zum Korrigieren von Stromzweigphasen fehlern bei einem elektromagnetischen Empfangssystem, das eine Antenne (10) umfaßt, die ein mit einem ersten Stromzweig (22) verbundenes erstes Element (A), ein mit einem zweiten Stromzweig (24) verbundenes zweites Element (B), ein mit einem dritten Stromzweig (28) verbundenes drittes Element (C) und ein mit einem vierten Stromzweig (32) verbundenes viertes Element (D) aufweist, wobei das erste, das zweite, das dritte und das vierte Element in einem ungefähr quadratischen Muster angeordnet sind, wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:

(a) Senden eines ersten Signals unter Verwendung des zweiten Elements;

(b) Empfangen des ersten Signals am ersten Element, um ein erstes Empfangssignal zu erzeugen, und Empfangen des ersten Signals am dritten Element, um ein zweites Empfangssignal zu erzeugen;

(c) Bestimmen eines dritten Stromzweigphasenkorrekturwertes durch Einstellen einer dem zweiten Empfangssignal erteilten Phasenverschiebung derart, daß eine Phase des zweiten Empfangssignals einer Phase des ersten Empfangssignals ungefähr gleich ist;

(d) Senden eines zweiten Signals unter Verwendung des zweiten Elements;

(e) Empfangen des zweiten Signals am ersten Element, um ein drittes Empfangssignal zu erzeugen, und Empfangen des zweiten Signals am vierten Element, um ein viertes Empfangssignal zu erzeugen;

(f) Bestimmen eines ersten Phasenwertes durch Einstellen einer dem vierten Empfangssignal erteilten Phasenverschiebung derart, daß eine Phase des vierten Empfangssignals einer Phase des dritten Empfangssignals minus 90 Grad ungefähr gleich ist;

(g) Senden eines dritten Signals unter Verwendung des dritten Elements;

(h) Empfangen des dritten Signals am ersten Element, um ein fünftes Empfangssignal zu erzeugen, und Empfangen des dritten Signals am vierten Element, um ein sechstes Empfangssignal zu erzeugen;

(i) Bestimmen eines zweiten Phasenwertes durch Einstellen einer dem sechsten Empfangssignal erteilten Phasenverschiebung derart, daß eine Phase des sechsten Empfangssignals einer Phase des fünften Empfangssignals minus 90 Grad ungefähr gleich ist; und

(j) Bestimmen eines vierten Stromzweigphasenkorrekturwertes durch Addieren von 90 Grad zu einem Mittelwert des ersten und des zweiten Phasenwertes.

7. Verfahren nach Anspruch 6, das weiterhin folgende Schritte umfaßt:

Senden eines vierten Signals unter Verwendung des dritten Elements;

Empfangen des vierten Signals am ersten Element, um ein siebtes Empfangssignal zu erzeugen, und Empfangen des vierten am zweiten Element, um ein achtes Empfangssignal zu erzeugen;

Bestimmen eines dritten Phasenwertes durch Einstellen einer dem achten Empfangssignal erteilten Phasenverschiebung derart, daß eine Phase des achten Empfangssignals einer Phase des siebten Empfangssignals plus 90 Grad ungefähr gleich ist;

Senden eines fünften Signals unter Verwendung des vierten Elements;

Empfangen des fünften Signals am ersten Element, um ein neuntes Empfangssignal zu erzeugen, und Empfangen des fünften Signals am zweiten Element, um ein zehntes Empfangssignal zu erzeugen;

Bestimmen eines vierten Phasenwertes durch Einstellen einer dem zehnten Empfangssignal erteilten Phasenverschiebung derart, daß eine Phase des zehnten Empfangssignals einer Phase des neunten Empfangssignals plus 90 Grad ungefähr gleich ist; und

Bestimmen eines zweiten Stromzweigphasenkorrekturwertes durch Subtrahieren von 90 Grad von einem Mittelwert des dritten und des vierten Phasenwertes.