CH676524A5 - Radar chaff preventing target location - Google Patents

Description

  
 



  Die Erfindung betrifft eine Antenne als absorbierender Düppel mit geringer und diffuser Reflexion auftreffender elektromagnetischer Wellen. 



  Die Verwendung von Düppeln zur Scheinzieldarstellung oder zur Störung von RADAR-Geräten und RADAR-Suchköpfen ist als Teil der elektronischen Kampfführung seit dem Zweiten Weltkrieg bekannt (23./24. Juli 1943). Sie sind auch unter der anglo-amerikanischen Bezeichnung "Chaff", in früheren Veröffentlichungen auch als "Window", "Confusion Reflector", "Tinsel", "Rope", "Wakes", "Butterfield", "Square-Chaff", "Chaff-Blossom", "Anti Radio Location Strips" zu finden. Im optischen und benachbarten Wellenlängenbereich wurden sie nicht benutzt. 



  Die Wirkungsweise im RADAR-Bereich beruht darauf, dass eine Vielzahl in den Luftraum ausgestossener geometrischer Gebilde, vorzugsweise dünne Stäbchen, welche Dipolantennen darstellen, Reflexionen erzeugen. Diese Reflexionen stellen auf den diesen Luftraum überwachenden bzw. zielsuchenden RADAR-Geräten oder RADAR-Suchköpfen entweder Scheinziele dar oder führen zu Störungen (z.B. durch Sättigung). 



  Düppel der beschriebenen Art für den RADAR-Bereich weisen den grundsätzlichen Nachteil auf, dass sie zwar zeitweise das Ziel verschleiern können, insgesamt aber die Rückstrahlung und damit die Aufmerksamkeit vergrössern. 



  Sie haben ferner die Nachteile
 - unterschiedlicher aerodynamischer Eigenschaften, insbesondere
 - Sinkgeschwindigkeitsunterschiede
 - Orientierungsprobleme 
 wodurch RADAR-Geräten und RADAR-Suchköpfen geeigneter Ausführung (Polarisationsänderung etc.) diskriminieren zwischen Zeilen und Düppelwolken ermöglicht wird. 



  Im RADAR-Bereich reflektierende Düppel sind ferner angewandt worden in der Weltraumforschung, z.B. sind vor etwa zwei Jahrzehnten Düppel-Dipole zu Forschungszwecken in der hohen Atmosphäre ausgebracht worden. 



  Düppel für den Radar-Bereich lassen sich weiterhin anwenden zur Beeinflussung von terrestrischen und extraterrestrischen Funkverbindungen jeder Art, z.B. Richtfunkverbindungsstrecken, wobei für Düppelwolken im extraterrestrischen Bereich eine bemerkenswert lange Standzeit und Wirkung erwartet werden darf. Richtfunkverbindungsstrecken können sowohl durch reflektierende als auch absorbierende Düppel gestört werden, bei sog. "abhörsicheren Funkverbindungen", die sich durch geringe Keulenbreiten im hohen GHz-Bereich auszeichnen, bewirken reflektierende Düppel Streuung, so dass ein abgesetzter Empfänger vorher nicht erreichbare Signale aufnehmen kann. 



  Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antenne als absorbierenden Düppel zur verbesserten Zielverschleierung anzugeben. 



  Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung. 



  Die Antenne ist vorzugsweise schleifenförmig, z.B. als Ringantenne oder Dipolschleife, ausgeführt. Es sind aber auch gerade Dipole oder andere bekannte Antennenformen verwendbar. 



  Damit möglichst keine hochfrequenztechnische Reflexion eintritt, besteht die Antenne vorzugsweise aus einer dünnen Faser. 



  Zweckmässigerweise bestehen die dünnen Fasern entweder aus leichtem, nichtmetallischem, elektrisch jedoch leitfähigem Werkstoff oder aus leichtem, nichtmetallischem, mit einer elektrisch leitfähigen Oberflächenbeschichtung versehenen Werkstoff. 



  Um möglichst vollständige Absorption zu erreichen, weist der Widerstand der Antenne den Wert von etwa 377 Ohm auf. 



  In zweckmässiger weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind beim Einsatz der vorbeschriebenen Antennen als hochfrequenztechnisch absorbierende Düppel mehrere gleich oder verschieden grosse, geometrisch offene oder geometrisch geschlossene Antennenelemente durch mechanische Kopplung (bei Ringen z.B. als Kette oder durch Anordnung auf einem Trägermaterial, z.B. Folie mit Antennenmustern/Antennenarrays) miteinander verbunden. 



  Eine Vielzahl in den Luftraum oder auch im Raum ausserhalb der Erdatmosphäre ausgestossener Düppel bildet eine im wesentlichen hochfrequenztechnisch absorbierende Düppelwolke, so dass das hochfrequenztechnisch abzuschirmende Objekt dahinter verschwindet und kein Echo mehr vorhanden ist. Der hierfür zu betrachtende Frequenzbereich umfasst für terrestrische Anwendungen derzeit im wesentlichen  ca. 1 GHz bis einige 10 GHz, er wird in Zukunft und insbesondere in extraterrestrischen Anwendungen bis auf etwa 140 GHz erweitert werden. 



  Die von einem RADAR-Gerät oder aktivem RADAR-Suchkopf oder sonstigem Hochfrequenzstrahler ausgestrahlte Energie wird in der oben beschriebenen Düppelwolke weitestgehend in Wärme umgesetzt. 



  Ausgehend von den Wirkungsweisen an sich bekannter gedämpfter Antennen (z.B. Dipole, insbesondere aber Ringantennen) und Antennenvielfachen (Antennengruppen, Antennen-Arrays) wird die Düppelwolke durch eine Vielzahl gedämpfter Empfangsantennen gebildet, die durch unterschiedliche räumliche Nachbarschaft auch in verschiedenem Grade strahlungsgekoppelt sind. 



  Wenn die vorgenannten gedämpften Empfangsantennen als Ringantennen oder dgl. ausgebildet sind, ist als besonderes Charakteristikum die Wirkung der Ringantenne auf die magnetische Komponente des elektromagnetischen Feldes hervorzuheben. 



  Die gedämpften Empfangsantennen können z.B. aus leitendem, nichtmetallischem Werkstoff, vorzugsweise dünner Kohlefaser (CFK) oder dünner Glasfaser oder dgl. mit leitender Oberflächenbeschichtung gefertigt sein, sofern es sich um mechanisch selbständige Einzelantennen handelt. Der ohmsche Widerstand kann über die Leiterlänge verteilt oder auf einen Abschnitt der Antennen konzentriert sein. In den Antennenleiter können passive und aktive Bauteile mit nichtlinearer Kennlinie (z.B. Spulen,  Halbleiterdioden, Foto-Dioden) integriert werden, wodurch Antennen mit nichtlinearem elektrischem Verhalten realisiert werden. 



  Die Integration von passiven Bauteilen wird am Beispiel eines geraden Dipols erläutert. Durch entsprechende Herstellung oder Bearbeitung wird in der Mitte des Dipols eine Wendel (Spule) aus einer leitfähigen Schicht erzeugt. Dadurch wird erreicht, dass der Dipol andere elektrische Eigenschaften erhält als ein Dipol gleicher Länge, aber ohne dieses Bauteil. 



   Für terrestrische Anwendungen ist von Bedeutung, dass damit Düppel gleicher Abmessungen und Gewichte (keine Sinkgeschwindigkeitsunterschiede!) verschiedene elektrische Eigenschaften haben. 



  Die dünnen gedämpften Empfangsantennen insbesondere aus leitendem, nichtmetallischem Werkstoff können in beliebigen Kombinationen und Anordnungen auf dünnem Trägermaterial wie Faden, Papier, Folie etc. im Aufdruck-, Aufspritz-, Aufdampfverfahren oder Ätzen einer ursprünglich homogenen Schicht dargestellt werden, sofern es sich um mechanisch nicht selbständige Einzelantennen handelt. 



  Durch geeignete Trägermaterialgestaltung (z.B. leitfähige Streifen auf einem Träger in Gestalt eines Möbius'schen Bandes und entsprechende Beschichtungsausführung lassen sich ringantennenähnliche Gebilde mit elektrischem Resonanzverhalten erzeugen. 



  Sinkgeschwindigkeitsunterschiede im terrestrischen  Bereich und die daraus entstehenden Folgen werden auch durch die oben erwähnte mechanische Kopplung ausgeschlossen. 



  Soweit ein Rest der eingefallenen elektromagnetischen Energie von der Düppelwolke noch reflektiert wird, erfolgt dies durch die im Raum stochastische und zeitlich veränderliche Lage (Orientierung) der Einzelantennen oder Antennengruppen diffus. 



  Die Einsatzmöglichkeiten der Antenne können vorteilhafterweise erweitert werden, indem für den optischen und benachbarten Wellenlängenbereich der überwiegende Teil der Oberfläche der Antenne einschliesslich eines ggf. vorhandenen mechanischen Trägers spiegelnd ausgeführt ist. 



  Dazu wird beispielsweise die elektrisch leitfähige Oberflächenbeschichtung und ggf. die Oberfläche des mechanischen Trägers nach einem der bekannten Verfahren als Spiegel ausgebildet (mit oder ohne zusätzliche, transparente Schutzschicht). 



  Die Reflexionseigenschaft von Düppeln im optischen und benachbarten Wellenlängenbereich wird in dem Masse wichtiger, wie die Anwendung von LASERN (zur Zielbeleuchtung oder Entfernungsmessung, in Zukunft auch zur Nachrichtenübertragung oder als Waffe) und optischen bzw. Infrarot-Flugführungs- und Zieleinrichtungen (z.B. "Forward Looking Infra-Red", FLIR) zunimmt. Insbesondere Luftfahrzeuge für bodennahe Operationen (und hier vor allem Hubschrauber), die solche Einrichtungen besitzen, werden mit stetig steigenden Stückzahlen eingeführt. 



  Durch geeignete Mischung der bisher bekannten Düppel mit den erfindungsgemässen Düppeln erhalten die Düppelwolken Eigenschaften, die bislang ebenfalls nicht darstellbar waren. 



  Damit kann ein Luft- oder Raumfahrzeug, das von einem LASER oder RADAR beleuchtet oder von einer Rakete angegriffen wird und dies durch entsprechende LASER-/RADAR-Warngeräte oder "Missile Detector" bemerkt, z.B. folgende Abwehrmassnahme treffen: 
 
   1. Ausstoss von wie bisher hochfrequenztechnisch reflektierenden Düppeln, die jedoch zusätzlich die Eigenschaft haben, im optischen und benachbarten Wellenlängenbereich zu reflektieren. 
   2. Danach Ausstoss von erfindungsgemässen, hochfrequenztechnisch absorbierenden, im optischen und benachbarten Wellenlängenbereich reflektierenden Düppeln. 
 



  Damit können sich folgende Verhältnisse ergeben: 
 
   Zu 1. 
   a. Ein LASER-Strahl (z.B. Zielbeleuchtung für "Beamrider"-Flugkörper) wird an der im optischen und benachbarten Wellenlängenbereich reflektierenden Düppelwolke diffus gestreut und erreicht das Ziel nicht mehr. 
   b. Ein passiver Infrarot-Suchkopf eines Flugkörpers oder ein Infrarot-Zielgerät sehen das Ziel nicht mehr, weil z.B. die Triebwerksstrahlung eines Flugzeuges oder die thermische Signatur eines Satelliten/Raumfahrzeuges verdeckt wird. 
   c. Einem RADAR (Überwachungs-, Zielverfolgungs-, Feuerleitradar) wird durch die Düppelwolke ein Ziel vorgetäuscht. 
   d. Einem RADAR-Suchkopf (zumindest einem einfachen, ohne Mustererkennung arbeitenden Suchkopf) eines angreifenden Flugkörpers wird ein Ziel vorgetäuscht. 
   e.

  Der RADAR-Annäherungszünder eines Flugkörpers kann in der hochfrequenztechnisch reflektierenden Düppelwolke zum Ansprechen gebracht werden. 
 
 
   Zu 2. 
   f. Die unter a. beschriebene Wirkung wird durch 2. verbessert. 
   g. Die unter b. beschriebene Wirkung wird durch 2. verbessert. 
   h. Das unter c. beschriebene RADAR sieht nur noch die Düppelwolke gemäss 1. 
   i. Der unter d. beschriebene RADAR-Suchkopf sieht nur noch die Düppelwolke gemäss 1. 
   k. Die Abwehrmassnahmen gemäss 1. und 2. wirken auch gegen einen Angreifer, der mit einem sogenannten Multi-Sensor-System ausgerüstet ist, z.B. mit einem Infrarot- und RADAR-System. 
   l.

  Das Absetzen von reflektierenden wie auch absorbierenden Düppelwolken über Hochspannungseinrichtungen (Leitungen, Umspannwerken, elektrischen Bahnen, Sendeanlagen usw.) hat eine grosse "Waffenwirkung", wobei gegenüber Explosivwaffen
 - viel geringere zu transportierende Masse, dadurch und wegen des aerosolähnlichen Verhaltens grossräumige Störungen mit vergleichsweise geringem Aufwand möglich 
 - geringere Zielgenauigkeit (Circular Error Probability, CEP) erforderlich
 - sehr viel geringere Personenschäden zu erwarten sind. 
 



  Auch in sonstigen elektrischen/elektronischen Einrichtungen führen die vorgenannten Düppel zu schwer zu beseitigenden Störungen, insbesondere wenn diese Einrichtungen grosse Kühlluftmengen benötigen. 



  Weitere Beispiele:
 In der terrestrischen Anwendung auf dem Gefechtsfeld können die erfindungsgemässen Düppel Gefechtsfeld-Überwachungsradars und insbesondere waffenlokalisierende (auch aus Flugbahnen von Geschossen waffenlokalisierende) Radargeräte (z.B. AN/TPQ-37 Hughes oder Advanced Artillery Radar, AAR) oder entsprechende im optischen oder benachbarten Wellenlängenbereich arbeitende Lokalisierungseinrichtungen unwirksam machen oder behindern. 



  Die erfindungsgemässen Düppel können auch ein Bestandteil von Tarnschäumen sein (Beimischung, Aufstreuen). 



  Die vorbeschriebenen Düppel lassen sich auch mit Tarnnebeln (IR-, optischer, Radar-Bereich) kombinieren. 



  Bei Marine-Luftoperationen (z.B. OVER-THE-HORIZON-TARGETTING, OTHT) kann die Anwendung  der erfindungsgemässen Düppel eine wichtige Massnahme darstellen. 



  Absorbierende Düppel eröffnen die Möglichkeit, eine daraus gebildete Wolke durch gerichtete Hochfrequenzstrahlung insgesamt oder örtlich aufzuheizen. Das lässt sich beispielsweise wie folgt ausnutzen:
 - Durch Mischung mit bisher üblichen reflektierenden Düppeln ( = wenig fluktuierenden Düppeln) lässt sich eine bedarfsgerechte Fluktuationssignatur erzeugen. Dies wird für terrestrische Anwendungen interessant sein.
 - Der Wolke oder Teilen der Wolke kann eine Infrarotsignatur verliehen werden. Dies wird für terrestrische wie auch extraterrestrische Anwendungen bedeutsam sein. 



   Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. 



  Sie zeigt eine mechanisch selbständige Ringantenne in zwei Ansichten (nichtmassstäblich vergrössert). Die Faser 1 enthält einen Verlustwiderstand 2 und ist mit einer spiegelnden Oberflächenschicht 3 versehen. Hauptabmessung ist der Ringdurchmesser. 



  Die Antenne als hochfrequenztechnisch absorbierender, optisch reflektierender Düppel ist auf das Ausführungsbeispiel nicht beschränkt. 



  Bezüglich der vorstehenden Ausführungen wird auf die nachfolgende Referenz-Literatur verwiesen. 


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   116. Morosov, K.V.: "Flügellose Raketen", Moskau 1962. "Luftabwehr der Schiffe", Ost-Berlin 1963 
   117. Blake, L.V.: "Antennas" WILEY, New York, 1966 
   118. Fock, V.A.: "Electromagnetic Diffraction and Propagation Problems" Pergamon Press, New York 1965 
   119.

   Fasern, Faserbruchstücke und Faserabrieb: Schutzaufwand gegen Einwirkung auf elektrische Anlagen: Absaugen und Schutzart IP 54; DIN 40050 B 18; VDE 0100; VDE 0660 
   120. P 32 46 289.1; Lodge + Brettle: "Elektrisch leitendes Material." München 1983 
   121. Eckert, E.: "Hochfrequenz-absorbierendes Material im Lauf der Zeiten und seine Anwendung". Bonn 1985 
   122. Hovanessian, S.A.: "Radar Design and Analysis" Dedham, Mass. U.S.A. 1984 
   123. Boyd, J.A. u.a.: "Electronic Countermeasures" Peninsula Publishing, Inc.; Los Altos, USA, 1978 
   124. Brunt, van,L.B.: "Applied ECM" Dunn Loring, VA., USA, EW Engineering, Inc. 1978 
   125. Blake, L.V.: "Radar Range Performance" Lexington Books; Lexington, MA., U.S.A., 1980 
   126. Di Franco, J.V. + Rubin, W.L.: "Radar Detection" Dedham, MA., U.S.A., Artech House, 1980 
   127.

  Bachmann, C.G.: "Laser Radar Systems and Technology" Dedham, MA., U.S.A., Artech House, 1979 
   128. Seyrafi, K.: "Electro-Optical Systems Analysis" Los Angeles, CA., U.S.A., Electro-Optical Research Co., 1973 
   129. Button, K.J. + Wiltse, J.C.: "Infrared and Millimeter Waves" Vol. 4, Academic Press, New York, 1981 
   130. Loefer, G.R. + Shackelford, R.G.: "Investigation of MMW and Far Infrared Systems" Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA, U.S.A. 1978 
   131. Gisel, H.R.: "LASER" (Bibliographie S. 227-234) Zürich 1981 
   132. Dokumentation zu TPQ-37 Firefinder Radar. Hughes Aircraft Company, Marina del Rey, CA., U.S.A. 
   133. OS DE 3 428 130 Al, München 1985 
   134. Martin Streetly "World Electronic Warfare Aircraft" Jane's Publishing Company, London 1985 
   135. Ztschr. "MICROWAVES & RF" Hayden Publishing Corporation, Inc. Rochelle Park, NJ, U.S.A. 
   136.

   Huynen, J.-R.: "Phenomenological Theory of Radar Targets", Rotterdam 1970 
   137. Chan. C.-W.: "Studies on the Power Scattering Matrix of Radar Targets" Chicago 1981 
   138. Pohl, R.W.: "Optik und Atomphysik" Springer-Verlag 
   139. Kennaugh, E.M.: "Effects of Type of Polarization on Echo Characteristics" 24 Berichte, Columbus, 1949-1954 
   140. Strategic Defense Initiative (SDI), Januar 1984, USA 
   141. S. Flügge (Hrsg.): "Handbuch der Physik", Band XVI "Elektrische Felder und Wellen" Springer-Verlag 1958, Sect. 33-37 (R.W.P. King); dazu weitere 20 Ref. 
 

Claims (11)

1. Antenne als absorbierender Düppel mit geringer und diffuser Reflexion auftreffender elektromagnetischer Wellen, dadurch gekennzeichnet, dass sie als verlustbehaftete Antenne ausgebildet ist, mit mindestens einem Antennenelement, dessen Hauptabmessungen im Bereich vom 1-20 mm liegen.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie schleifenförmig ausgeführt ist.

3. Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne aus einer dünnen Faser mit Durchmesser in der Grössenordnung 10 ... 100 mu m besteht.

4. Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Faser aus nichtmetallischem, elektrisch leitfähigem Werkstoff besteht.

5.

Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Faser aus nichtmetallischem, nichtleitendem Werkstoff besteht und mit einer elektrisch leitfähigen Oberflächenbeschichtung versehen ist.

6. Antenne nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ihr Widerstand den Wert von etwa 377 Ohm aufweist.

7. Antenne nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass passive elektrische Elemente, z.B. Spulen, in die elektrisch leitfähige Oberflächenbeschichtung integriert sind.

8. Antenne nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Bauelemente mit nichtlinearer Kennlinie, z.B. Dioden, in sie integriert sind.

9.

Antenne nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenelemente als geometrisch geschlossene Gebilde, vorzugsweise Ringe ausgeführt und durch mechanische Kopplung, z.B. als Kette, miteinander verbunden sind.

10. Antenne nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von Antennenelementen durch einen mechanischen Träger, z.B. eine Folie, miteinander verbunden sind.

11. Antenne nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der überwiegende Teil ihrer Oberfläche und ggfs. der Oberfläche eines mechanischen Trägers im optischen und benachbarten Wellenlängenbereich als Spiegel wirkt. 1. Antenne als absorbierender Düppel mit geringer und diffuser Reflexion auftreffender elektromagnetischer Wellen, dadurch gekennzeichnet, dass sie als verlustbehaftete Antenne ausgebildet ist, mit mindestens einem Antennenelement, dessen Hauptabmessungen im Bereich vom 1-20 mm liegen. 2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie schleifenförmig ausgeführt ist. 3. Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne aus einer dünnen Faser mit Durchmesser in der Grössenordnung 10 ... 100 mu m besteht. 4. Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Faser aus nichtmetallischem, elektrisch leitfähigem Werkstoff besteht. 5.

Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Faser aus nichtmetallischem, nichtleitendem Werkstoff besteht und mit einer elektrisch leitfähigen Oberflächenbeschichtung versehen ist. 6. Antenne nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ihr Widerstand den Wert von etwa 377 Ohm aufweist. 7. Antenne nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass passive elektrische Elemente, z.B. Spulen, in die elektrisch leitfähige Oberflächenbeschichtung integriert sind. 8. Antenne nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Bauelemente mit nichtlinearer Kennlinie, z.B. Dioden, in sie integriert sind. 9.

Antenne nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenelemente als geometrisch geschlossene Gebilde, vorzugsweise Ringe ausgeführt und durch mechanische Kopplung, z.B. als Kette, miteinander verbunden sind. 10. Antenne nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von Antennenelementen durch einen mechanischen Träger, z.B. eine Folie, miteinander verbunden sind. 11. Antenne nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der überwiegende Teil ihrer Oberfläche und ggfs. der Oberfläche eines mechanischen Trägers im optischen und benachbarten Wellenlängenbereich als Spiegel wirkt.