DE3006451A1

DE3006451A1 - Bearbeitungsschaltung fuer antennensignale

Info

Publication number: DE3006451A1
Application number: DE19803006451
Authority: DE
Inventors: Larry Dean Alter
Original assignee: E Systems Inc
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1979-02-26
Filing date: 1980-02-21
Publication date: 1980-09-11
Also published as: FR2450007A1; NL189164C; JPH0348681B2; SE444627B; FR2450007B1; IT8047977A0; GB2044042A; IT1126957B; BE881895A; NL8000964A; US4347627A; DE3006451C2; GB2044042B; JPS56706A; CH643094A5; NL189164B; SE8001448L

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Prozessor gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Es ist bekannt, Anpassungsanordnungsprozesoren in Verbindung mit vielteiligen Antennen zu verwenden, um Ausrichtfehler zu kompensieren und die Signalverstärkung zu optimieren. Ein derartiger Anpassungsanordnungsprozessor ist beispielsweise in einem Artikel der IEEE, Transactions on Antennas and Propagation, September 1976 mit dem Titel "Experimental Four Element Adaptive Array" beschrieben. Die bekannten Anpassungsanordnungen verwenden getrennte, parallele Prozessoren für jedes Antennenelement. Jeder Anpassungsprozessor weist eine eigene Anpassungseinheit für jeden Kanal der Übertragungsanlage auf. Es sind daher so viele Anpassungsprozessoren erforderlich, wie Antennenelemente vorhanden sind und die Gesamtzahl der Anpassungseinheiten ergibt sich aus der Anzahl der Antennenelemente multipliziert mit der Anzahl der Kanäle der Übertragungsanlage. Bei bekannten Übertragungsanlagen wird jedes von einem Antennenelement aufgenommene Signal in Kanäle aufgeteilt und jedes Kanalsignal wird von einer eigenen Anpassungseinheit verarbeitet. Somit ist eine Anpassungseinheit an ein Antennenelement angeschlossen und verarbeitet

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nur das diesem Kanal zugeordnete Signal. Die Ausgänge der Anpassungseinheiten, die das gleiche Kanalsignal empfangen, jedoch an verschiedene Antennenelemente angeschlossen sind, werden zusammengefaßt, um für den bestimmten Kanal ein Anordnungs-Ausgangssignal zu liefern. Von diesem Anordnungs-Ausgangssignal wird ein Bezugssignal abgezogen, um ein Fehlersignal zu bilden, das zur Steuerung jeder einzelnen Anpassungseinheit für den bestimmten Kanal angelegt wird. Die Anpassungseinheiten bewirken eine derartige Signaleinstellung, daß Störsignale unterdrückt werden und somit das gewünschte Signal optimiert wird.

Ein Nachteil der bekannten Prozessoren liegt darin, daß sie eine große Anzahnl von Bauelementen erfordern, wodurch die Prozessoreinheit groß und schwer wird.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Anpassungsanordnungsprozessor der zuvor erwähnten Art dahingehend weiterzubilden, daß wesentlich weniger Bauelemente erforderlich sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale. Danach ist ein einziger Anpassungsanordnungsprozessor mit j^e einer eigenen Anpassungseinheit für jedes Antennenelement der Übertragungsanlage vorgesehen und ein einziges Vielkanal-Bezugs-

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signal dient zur Steuerung der Anpassungseinheiten im Prozessor.

Gemäß Erfindung dient also ein Anpassungsanordnungsprozessor zur Kompensation von Richtungsinterferenzen sowie zur optimierten Verstärkung von empfangenen Signalen in einer Vielkanal-Übertragungsanlage, die eine Vielzahl von Antennenelementen zur Erzeugung von Antennenelementsignalen aufweist. Zahlreiche Anpassungseinheiten sind an die Antennenelemente angeschlossen, wobei jeweils nur eine Anpassungseinheit mit einem Antennenelement verbunden ist. Die Anpassungseinheiten verändern die Größe und Phase der Antennenelementsignale, um verarbeitete Signal zu liefern. Eine Steuereinheit nimmt die verarbeiteten Signale von den Anpassungseinheiten auf und erzeugt ein Steuersignal, das dem gesamten Interferenzsignalniveau in den verarbeiteten Signalen proportional ist. Das Steuersignal wird an die Anpassungseinheiten gelegt, die darauf die von den Antennenelementen erhaltenen Störsignale auf Null reduziert und das gesamte Signal/Störverhältnis der verarbeiteten Signale vergrößert. Die Kombination oder Summierung aller verarbeiteten Signale führt damit zu einem Signal, das ein größeres Signal/Störrauschen-Verhältnis als die Kombination aller Antennenelementsignale hat.

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Eine Summierschaltung dient zum Zusammenfassen der Verarbeiteten Signale für die Erzeugung eines einzelnen Summensignals, das der Summe der verarbeiteten Signale entspricht. Das Summensignal wird geteilt und in einer Modulator-/Demodulatoreinheit gefiltert, um eine Vielzahl von Kanalbezugssignalen mit verringertem Gesamtrauschen in bezug auf das Summensignal zu liefern. Die Bezugssignale werden in einem Addierer zusammengefaßt, um ein zusammengesetztes Bezugssignal zu bilden, das für die Erzeugung eines Fehlersignals in einem Subtrahierglied von dem Summensignal abgezogen wird. Das Fehlersignal entspricht dem Störniveau im Summensignal in bezug auf das zusammengesetzte Bezugssignal. Das Fehlersignal wird ebenso wie die Steuersignale an jede der Anpassungseinheiten gelebt. Die Anpassungseinheiten sprechen auf das Fehlersignal an und schalten die von den Antennenelementen empfangenen Störsignale aus, um das Signal/Störverhältnis im Summensignal zu vergrößern.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert; es zeigen:

Figur 1 ein Blockschaltbild einer bekannten Vielkanal-Anpassungsanordnungsprozessorschaltung; und

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Figur 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form eines Blockschaltbildes für eine Vielkanal-Übertragungsanlage .

Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild eines bekannten Prozessors 10 mit einer Vielkanal-Anpassungsanordnungsaniage. Die Prozessoranlage 10 ist in einer Übertragungsanlage mit einer Vielzahl von Kanälen verwendbar, wobei die Antenne aus einer Vielzahl von Elementen besteht. Der in Figur 1 dargestellte Prozessor 10 weist N-Elemente mit K-Kanälen auf. Die Buchstaben "N" und "K" sind beliebige Konstante und dienen zur Anzeige dafür, daß der Prozessor 10 eine Anordnung von Anpassungsprozessoren für Vielkanal-Übertragungsanlagen unter Verwendung von Vielelementenantennen darstellt.

Der Prozessor 10 besitzt einen Eingang 12, der mit einem K-Kanalanpassungsprozessor 14 verbunden ist. Letzterer weist einem K-Weg-Leistungsteiler 16, eine erste Anpassungseinheit 18 und eine Kte-Anpassungeinheit 20 auf. Das vom ersten Element der Antenne empfangene Signal wird an den Eingang 12 gelegt und zum Leistungsteiler 16 geführt, indem es in K-Kanäle aufgeteilt wird. Die Anpassungseinheit 18 empfängt das Signal vom Kanal 1, während die Anpassungseinheit 20 das Signal vom Kanal K aufnimmt. Obgleich lediglich zwei Kanäle, nämlich die Kanäle 1 und K dargestellt sind, ist es

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dem Fachmann klar, daß diese eine beliebige Kanalanzahl darstellen.

Die Anpassungseinheiten 18 und 20 dienen zur Veränderung der Größe und Phase des vom ersten Antennenelement empfangenen Signals zur Erzeugung von verarbeiteten Kanalsignalen. Die Ausgabe der Anpassungseinheit 18, ein verarbeitetes Kanal-1-Signal, wird an eine Kanal-1-Summierschaltung 22 gelegt, während die Ausgabe der Anpassungseinheit 20, - ein verarbeitetes Kanal-K-Signal, - an eine Kanal-K-Summierschaltung 24 gelegt wird. Gemäß später erfolgender Beschreibung nimmt die Kanal-1-Summierschaltung 22 verarbeitete Kanal-1-Signale von jedem Antennenelement auf, während die Kanal-K-Summierschaltung 24 von den Antennenelementen verarbeitete Kanal-K-Signale empfängt.

Das vom Antennenelement N stammende Signal wird auf die gleiche Weise wie das Signal vom Antennenelement 1 verarbeitet. Das Nte-Antennenelementsignal wird am Eingang 26 eines K-Kanal-Anpassungsprozessors 27 empfangen. Über den Eingang 26 gelangt das Nte-Antennenelementsignal an einen K-Weg-Leistungsteiler 28, indem es in K-kanäle aufgeteilt wird. Das erste Kanalsignal wird an eine Anpassungseinheit 29 und das Kte-Kanalsignal an eine Anpassungseinheit 30 gelegt. Das Ausgangssignal der Anpassungseinheit 29 gelangt zu der Kanal-1-Summierschaltung 22, während

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die Ausgabe der Anpassungseinheit 30 an die Kanal-K-Summierschaltung 24 geführt wird.

Die Kanal-l-Summierschaltung 22 faßt die von den Antennenelementen 1 bis N empfangenen Kanal-1-Signale zusammen, um ein Kanal-1-Summensignal auf einer Leitung 31 zu einem Modem 32 zu führen. Der Modem 32 bearbeitet das Kanal-1-Summensignal und führt ein Kanal-1-Bezugssignal auf einer Leitung 33 zurück, welches gegenüber dem Kanal-1-Summensignal ein vermindertes Rauschen aufweist. Ein Subtrahiertglied 34 subtrahiert das auf der Leitung 31 auftretende Kanal-1-Summensignal vom Kanal-1-Bezugssignal auf der Leitung 33 und erzeugt daraus ein Kanal-1- Fehlersignal als Ausgabe. Das vom Subtrahierglied 34 stammende Kanal-1-Fehlersignal wird an einen N-Weg-Leistungsteiler 35 gelegt, der- das Kanal-1-Fehlersignal in N-Signale für die Kanal-1-Anpassungseinheiten 18 und 29 teilt. In Abhängigkeit von dem Kanal-1-Fehlersignal werden die Anpassungseinheiten 18 und 29 eingestellt, um Richtungsinterferenzen und Kanal-2 bis K-Signale auszuschalten sowie die Anordnungsverstärkung für das Kanal-1-Signal zu optimieren, wodurch das Signal/Störverhältnis des Kanal-1-Summensi.gnals auf der Leitung 31 maximiert wird.

Die Ausgaben der Kanal-K-Anpassungseinheiten 20 und 30 werden an eine Kanal-K-Summierschaltung 24 gelegt, die

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auf einer Leitung 36 ein Kanal-K-Summensignal liefert. Das Kanal-K-Summensignal wird einem Modem 38 eingegeben, welcher daraus ein Kanal-K-Bezugssignal auf einer Leitung 40 erzeugt. Letzteres hat gegenüber dem Kanal-K-Summensignal einen reduzierten Störwert. Das auf der Leitung 36 auftretende Summensignal wird von dem auf der Leitung 40 auftretenden Bezugssignal in einem Subtrahierglied 42 abgezogen, um ein Kanal-K-Fehlersignal für einen N-Weg-Leistungsteiler 44 zu bilden. Der Leistungsteiler 44 teilt das Kanal-K-Fehlersignal in N-Signale auf und die Kanal-K-Fehlersignale werden als Steuerbefehle an die Anpassungseinheiten 20 und 30 gelegt. In Abhängigkeit von den Kanal-K-Fehlersignalen stellen die Anpassungseinheiten 20 und 30 die Störsignale und die Kanal-1 bis K-I Signale von den Antennenelementen auf Null und optimieren die Anordnungsverstärkung für das Kanal-K-Summensignal auf der Leitung 36.

Die zuvor beschriebene Prozessorschaltung 10 und ihre Funktion sind ebenso wie die Funktion ihrer einzelnen Bauteile an sich bekannt.

Obgleich mit der bekannten Prozessorschaltung 10 Richtungsreferenzen unterdrückbar sind und auch die Verstärkung für bestimmte Kanalsignal vergrößerbar ist, ist es ein Nachteil, daß die bekannte Schaltung eine große Anzahl von Bauelementen erfordert. Gemäß Erfindung wird hin-

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gegen nur eine Anpassungseinheit für jedes einzelne Antennenelement gebraucht. Alle von einem einzigen Antennenelemente stammenden Signale werden in einer einzigen Anpassungseinheit verarbeitet; es werden Bezugssignale für jeden Kanal erzeugt und zu einem einzigen Bezugssginal für die Steuerung aller Anpassungseinheiten summiert. Erfindungsgemäß bedient man sich demnach einer summierten Bezugstechnik für die Verarbeitung von von Antennenelementen stammenden Signalen in der Weise, daß eine Einsparung an Bauelementen gegenüber einer bekannten Verarbeitungsschaltung erzielt wird.

Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Verarbeitungsschaltung 50. Mit "N" ist die Anzahl der Antennenelemente gemeint, während "K" die Anzahl der Signalkanäle darstellt. Die Verarbeitungsschaltung 50 besitzt Eingänge 52 und 54 für die Aufnahme von Signalen von den Antennenelementen 1 bzw. N. N ist dabei irgendeine Konstante, die andeutet, daß die Schaltung 50 an jede beliebige Antenne aus einer beliebigen Anzahl von Antennenelementen anschließbar ist. Das vom Antennenelement 1 stammende Signal gelangt über den Eingang 52 an eine Anpassungseinheit 56, während das vom Antennenelement N an den Eingang 54 gelegte Signal" zu einer Anpassungseinheit 58 geführt wird. Die Anpassungseinheiten 56 und 58 verändern die Größe und Phase des entsprechenden

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Antennenelementsignals und die von den Anpassungseinheiten 56 und 58 verarbeiteten Signale werden an eine Summierschaltung 60 gelegt. Der Aufbau der Anpassungseinheiten 56 und 58 ist dem Fachmann bekannt, wobei beispielsweise PIN-Diodenquerabschwächer (quadrature PIN diode attenuators) oder zweifach abgeglichene Mischglieder üblich sind. Die Summier schaltung 60 summiert die von den Anpassungseinheiten 56 und 58 bearbeiteten Signale und liefert ein Summensignal auf einer Leitung 62. Die Summierschaltung 60 ist ein handelsüblicher Leistungsteiler, beispielsweise Merrimac oder Anaren. Die Anpassungseinheiten 56 und 58 haben üblichen Aufbau und entsprechen auch in ihrer Funktion den Anpassungseinheiten 18, 20, 29 und 30 der bekannten Verarbeitungsschaltung 10 gemäß Figur 1.

Ein Modem 64, beispielsweise ein Empfänger, nimmt das Summensignal von der Leitung 62 auf und liefert Kanal-1 bis K-Bezugssignale auf Leitungen 66 und 68. Der Modem 64 ist dem jeweiligen Einsatzzweck angepaßt. Jeder Modem bewirkt jedoch eine Signalverstärkung und läßt sich daher zur Erzeugung eines Bezugssignals verwenden. Der Aufbau der Bezugssignal-Erzeugungsschaltung ist in dem eingangs erwähnten IEEE-Artikel beschrieben. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Kanäle 1 bis K kodegeteilt und in Mehrfachschaltung betrieben. Es wird darauf hingewiesen, daß jede Art von Mehrfachschaltungsbetrieb

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erfindungsgemäß geeignet ist, wobei als Modem 64 jeder Modem denkbar ist, der Rauschen oder Störsignale aus dem Summensignal auf der Leitung 62 entfernt.

Die auf den Leitungen 66 und 68 auftretenden Kanal-1 bis K-Bezugssignale werden an eine Addierer 70 gelegt, der daraus ein zusammengesetztes Bezugssignal auf einer Leitung 72 ausgibt. Der Bezugssignal-Addierer 70 ist ein üblicher Summenverstärker oder Leistungsteiler, beispielweise ein Merrimac oder ein PDF. Durch die im Modem 64 erfolgende Signalverarbeitung hat das zusammengesetzte Bezugssignal auf der Leitung 72 einen geringeren Stör- oder Interferenzsignalpegel als das Summensignal auf der Leitung 62. Das auf der Leitung 72 auftretende, zusammengesetzte Bezugssignal wird von dem Summensignal auf der Leitung 62 in einem Subtrahierglied 74 abgezogen, um auf einer Leitung 76 ein Fehlersignal zu liefern. Das derart erhaltene Fehlersignal wird über die Leitung 76 an alle der N-Anpassungseinheiten 56 und 58 gelegt und in Abhängigkeit von diesem Fehlersignal erfolgt eine Einstellung der Anpassungseinheiten 56 und 58 in der Weise, daß sie die Richtungsinterferenzsignale ausschalten und die Signalverstärkung für die von den Antennenelementen 1 bis N empfangenen Signale optimieren. Auf diese Weise wird eine Maximierung des Signal/Störverhältnisses des Summensignals auf der Leitung 62 erreicht.

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Man erkennt, daß die erfindungsgemäße Verarbeitungsschaltung 50 eine deutliche Bauteileinsparung gegenüber der bekannten Verarbeitungsschaltung 10 bewirkt. Die Verarbeitungsschaltung 50 gemäß Figur 2 erfordert lediglich eine Anpassungseinheit je Antennenelement, während bei der bekannten Verarbeitungsschaltung 10 gemäß Figur 1 eine Vielzahl von Anpassungseinheiten für jedes Antennenelement erforderlich ist, und zwar so viele, wie es der Zahl der verwendeten Kanäle entspricht. In der erfindungsgemäßen Verarbeitungsschaltung 50 werden die Bezugssignale auf den Leitungen 66 und 68 im Addierer 70 zur Erzeugung eines einzigen Bezugssignals zusammengefaßt, das von einem einzigen Summensignal subtrahiert wird. Es wird daher nur ein einziges Fehlersignal auf der Leitung 76 erzeugt, das zur Steuerung der Anpassungseinheiten 56 und 58 dient. Demgegenüber werden bei der bekannten Verarbeitungsschaltung 10 eine der Anzahl der Kanäle entsprechende Anzahl von Bezugssignalen zur Steuerung der Anpassungseinheiten 18, 20, 29 und 30 herangezogen.

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Claims

Bearbeitungsschaltung für Antennensignale

PATENTANSPRÜCHE

Verarbeitungsschaltung für Antennensignale zur Ausschaltung von Störsignalen sowie zur Optimierung der Verstärkung aufgenommener Signale in einer Vielkanal-Übertragungsanordnung mit einer Vielzahl von Signale erzeugenden Antennenelementen, gekennzeichnet durch:

- eine Vielzahl von Anpassungseinheiten (56, 58) die an Antennenelemente anschließbar sind und zur Veränderung der Größe und Phase der Antennenelementsignale dienen,

- eine Steuerschaltung (60, 64, 70, 74) zur Aufnahme der Ausgangssignale der Anpassungseinheiten (56,

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58) sowie zur Erzeugung eines Steuersignals, das den Anpassungseinheiten (56, 58) zugeführt wird und dem Richtungsstörpegel der verarbeiteten Signale proportional ist,

- wobei die Anpassungseinheiten (56, 58) mit dem Steuersignal beaufschlagt sind und die Größe und Phasenlage der Antennenelementsignale derart verändern, daß sie die von den Antennenelementen stammenden Störsignale ausschalten und das gesamte Signal/Störverhältnis der verarbeiteten Signale derart verbessern, daß die Kombination aller verarbeiteten Signale ein größeres Signal/Störverhältnis als die Kombination aller Antennenelementsignale besitzt.
2. . Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgenden Elemente in der Steuerschaltung:

- eine Summierschaltung (60) zum Zusammenfassen der von den Anpassungseinheiten (56, 58) ausgegebenen, bearbeiteten Signale zur Erzeugung eines Summensignals,

- eine Richtungsstörungunterdrückungsschaltung zur Ausschaltung von Interferenzen im Summensignal für die Bildung eines Bezugssignals mit gegenüber dem Summensignal reduziertem Störungspegel,

- ein Subtrahierglied (74) zum Abziehen des Bezugssignals vom Summensignal für die Bildung eines

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Fehlersignals, das dem Störpegel im Summensignal in bezug auf das Bezugssignal entspricht,

- und eine Übertragungseinrichtung zum Anlegen des Fehlersignals als Steuersignal an die Anpassungseinheiten (56, 58) zu deren Steuerung.
3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch

- einen Modem (64) zum Teilen und Verarbeiten von Rauschen aus dem Summensignal für die Bildung einer Vielzahl von Kanalsignalen mit gegenüber dem Summensignal reduziertem Gesamtstörpegel,

- und einen Addierer zum Summieren der Kanal-Bezugssignale für die Bildung eines zusammengesetzten Bezugssignals mit gegenüber dem Summensigrial reduziertem Störpegel.
4. Verfahren zum Ausschalten von Richtungsinterferenzen sowie zur Optimierung der Verstärkung von Signalen, die von einer Antenne aufgenommen und in einer Vielkanal-Übertragungsanlage verarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Größe und Phase der Antennenelementsignale jedes Antennenelementes zur Erzeugung von bearbeiteten Signalen verändert werden,

- daß die bearbeiteten Signale zur Bildung eines einzigen Summensignals zusammengefaßt werden,

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- daß Interferenzsignale aus dem einzigen Summensignal entfernt werden, um ein Bezugssignal von gegenüber dem Summensignal reduziertem Störpegel zu bilden,

- daß ein Steuersignal entsprechend dem gegenüber dem Bezugssignal im Summensignal vorhandenen Störpegel erzeugt wird,

- und daß die Veränderung der Größe und Phasenlage der Antennenelementsignale in Abhängigkeit von Steuersignalen gesteuert wird, um die von den Antennenelementen aufgenommenen Interferenzsignale auszuschalten und das Signal/Störverhältnis im Summensignal zu vergrößern.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entfernung von Interferenzen aus dem Summensignal dieses geteilt und zur Bildung von Kanalsignalen mit reduziertem Gesamtstörpegel gegenüber dem Summensignal bearbeitet wird, und daß die Kanalsignale summiert werden, um ein Bezugssignal mit gegenüber dem Summensignal reduziertem Rauschpegel zu schaffen.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch' gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Steuersignals das Bezugsignal vom Summensignal abgezogen wird, um ein Steuersignal

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in Form eines Fehlersignals zu erzeugen, welches einem Störpegel im Summensignal gegenüber dem Bezugssignal entspricht.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

- daß eine Vielzahl von Bezugssignalen in Abhängigkeit von gewünschten Signalen erzeugt wird, wobei jedes der Bezugssignale einem Kanal der Vielkanal-Übertragungsanordnung entspricht,

- daß die Vielzahl der Bezugssignale zur Bildung eines Summensignals summiert wird,

- daß ein Fehlersignal in Abhängigkeit vom Summensignal erzeugt wird, wobei dieses Fehlersignal den von den Antennenelementen empfangenen Richtungsstörungen entspricht,

- daß das Fehlersignal an die Anpassungseinheiten jedes Antennelementes gelegt wird,

- und daß die Anpassungeinheiten in Abhängigkeit von dem Fehlersignal derart gesteuert werden, daß die Richtungsfehler ausgeschaltet werden und die Verstärkung für die gewünschten Antennensignale optimiert wird.

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