DE2451708C1 - Anordnung zur Stoerung einer Monopuls-Zielverfolgungs-Radareinrichtung durch Wiederausstrahlung in Kreuzpolarisation - Google Patents

Description

Das Hauptpatent betrifft eine Anordnung zur Störung einer nach dem Summe-Differenz-Prinzip und mit linearer Polarisation arbei­ tenden Monopuls-Zielverfolgungs-Radareinrichtung von seiten des verfolgten Ziels, wobei das von der Monopuls-Zielverfolgungs- Radareinrichtung ausgesendete Radarsignal am Ziel mittels einer die Signalenergieanteile zweier senkrecht zueinander stehender Polarisationen trennenden und an separate Speisezuführungen leitenden Empfangsantennenanordnung empfangen wird, dort der Polarisationswinkel des Radarsignals ermittelt und dann als Mo­ dulations-Störsignal unverzüglich in einer zu diesem Polarisa­ tionswinkel um 90 Grad versetzten Polarisationsrichtung , d. h. in Kreuzpolarisation, verstärkt über einen Sender von einer Sendeantennenanordnung zum Empfang auf seiten der Monopuls- Zielverfolgungs-Radareinrichtung abgestrahlt wird, und wobei die zielseitige Empfangsantennenanordnung fest und unbeweglich am Ziel angebracht ist und die zielseitige Sendeantennenanordnung in ihrer Art und Ausrichtung mit der Empfangsantennen­ anordnung übereinstimmt und ebenfalls fest und unbeweglich an­ gebracht ist, und wobei die zielseitige Empfänger-/Sender-Anord­ nung so ausgebildet ist, daß das Verhältnis der Leistungsanteile in den beiden Speisezuführungen zur Sendeantennenanordnung umgekehrt proportional zum Verhältnis der Leistungsanteile in den beiden hinsichtlich der Polarisationsrichtung geichartigen Speisezuführungen der Empfangsantennenanordnung ist.

Bekanntlich ist das Differenzdiagramm einer Monopulsantenne in der Kreuzpolarisation im Winkelkoordinatennetz (Azimut/Elevation) um 90 Grad gegenüber der Normalpolarisation verdreht. Normaler­ weise entstehen dadurch keine Winkelfehler, da beide Diagramme durch Antenneneigenschaften um 15 bis 35 dB entkoppelt sind. Empfängt jedoch ein Störer die normalpolarisierte Energie, ver­ stärkt sie und sendet sie in der Kreuzpolarisation wieder ab, so wirkt hauptsächlich das Diagramm der Kreuzpolarisation. We­ gen des um 90 Grad verdrehten Differenzdiagramms werden nun Winkelfehlerspannungen an die falschen Kanäle gemeldet. Eine Winkelablage im Azimut wird als Elevationsablage ausgewertet und umgekehrt.

Mit einem derartigen Kreuzpolarisationsstörer ist es somit mög­ lich, Monopuls-Zielfolgeradargeräte so zu stören, daß sie fal­ sche Winkelfehlerspannungen messen und damit ihr Ziel verlie­ ren. Dabei wird die vom Zielfolgeradar abgestrahlte Leistung ge­ wöhnlich von einer rundstrahlenden Antenne empfangen und verstärkt über eine zweite, gleich gebaute, aber gedrehte Antenne in der Kreuzpolarisation abgestrahlt. Beide Antennen stehen möglichst nahe zusammen, um unter gleichen Bedingungen arbeiten zu können. Wegen des großen Pegelunterschieds zwischen den beiden Antennen­ anordnungen kann es jedoch zu Rückkopplungserscheinungen kommen, die ein Arbeiten des Kreuzpolarisationsstörers unmöglich machen.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Anordnung der eingangs genannten Art eine wesentliche Entkopplung der beiden Antennen des Störers zu erreichen. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die zielseitigen Sende- und Empfangsantennenanordnun­ gen als stark bündelnde, hinsichtlich der Hauptstrahlungs­ richtung übereinstimmende Antennen ausgelegt sind, die außer den jeweils zwei kreuzpolarisierte Strahlungskomponenten her­ vorrufenden, als Einzelstrahler wirksamen Speisezuführungen noch mehrere derartige Einzelstrahler aufweisen, von denen jeweils zwei orthogonal polarisierte Einzelstrahler über eine Phasen­ invertiereinrichtung miteinander verbunden sind, so daß sich Wellenfronten, die einen Empfangseinzelstrahler früher errei­ chen, dort beim Senden entsprechend später ablösen.

Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß die Sende- und Empfangsantennenanordnungen in Gemeinschaft als sogenannte Van-Atta-Antenne aufgebaut sind, d. h. eine Antenne, deren Einzelstrahler paarweise stets so miteinander verbunden sind, daß gleich lange elektrische Wege zwischen den beiden Ein­ zelstrahlern eines Paares liegen, wobei das Einzelstrahler­ paar aus zwei zueinander orthogonalpolarisierten und symmetrisch zur geometrischen Mitte des gesamten Einzelstrahlerfeldes liegen­ den Einzelstrahlern zusammengesetzt ist. Van-Atta-Antennen sind aus der US-PS 29 08 002 und mit Orthogonalpolarisationsabstrah­ lung aus dem Aufsatz "An Active Retrodirective Array for Satel­ lite Communications" von Andr´/Leonard in der Zeitschrift "IEEE Transactions on Antennas and Propagation", März 1964, Seiten 181-186, bekannt. Wegen des hohen Antennengewinns läßt sich der Verstärkungsgewinn in den Verstärkerwegen zwischen den beiden Antennen wesentlich reduzieren. Es ist sogar möglich, nur mit passiven Antennen auszukommen.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung ergibt sich wegen des Raumgewinns dann, wenn beide Antennen ineinandergeschach­ telt werden.

Weitere Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung werden anhand von Figuren im folgenden näher erläutert:

Fig. 1 zeigt den schaltungsmäßigen Aufbau eines Kreuzpolarisations­ störers nach dem Hauptpatent. Die Einrichtung weist eine Emp­ fangsantenne 1 auf, die mit zwei Speisezuführungen 2 und 3 ver­ sehen ist, an welchen Eingangsspannungen anstehen, die von zueinander senkrecht polarisierten Anteilen einer einfallen­ den Welle abgeleitet sind. Die Speisezuführug 2 ist mit einem Verstärker 4, z. B. einem Empfänger und einem nachgeschal­ teten Sender, und die Speisezuführung 3 mit einem gleichen Verstärker 5 verbunden. Die Übertragungswege 6 und 7 mit den Verstärkern 4 bzw. 5 geben den ankommenden Radarimpulsen ent­ sprechende, jedoch diesen gegenüber verstärkte Störimpulse an eine Sendeantenne 8, die artmäßig übereinstimmend mit der Empfangsantenne 1 aufgebaut ist und auch zwei Speisezuführungen 9 und 10 aufweist, die zueinander senkrecht polarisierten An­ teilen einer abzustrahlenden Welle zugeordnet sind. Der Ver­ stärker 4, der über die Speisezuführung 2 beaufschlagt wird, betreibt die Speisezuführung 9, welche zur Anregung einer Strahlung zuständig ist, welche senkrecht zur Strahlung pola­ risiert ist, für welche die Speisezuführung 2 der Empfangs­ antenne 1 zuständig ist. Der Verstärker 5, der über die Speise­ zuführung 3 beaufschlagt wird, speist die Zuführung 10, welche zur Anregung einer Strahlung zuständig ist, die senkrecht zu derjenigen Strahlung polarisiert ist, für die die Zufüh­ rung 3 der Empfangsantenne 2 zuständig ist.

Fig. 2 zeigt eine passive Van-Atta-Antennenanordnung in Prin­ zipdarstellung. In dieser aus sechs Einzelstrahlern 11 bis 16 bestehenden Antennengruppe sind alle Einzelstrahler 11 bis 16 paarweise durch gleich lange Leitungen 17, 18 und 19 ver­ bunden. Fig. 2 zeigt , wie die Welle zuerst auf den Strahler 12 auftrifft, dann auf den Strahler 14 und schließlich auf den Strahler 16. Wegen der gleich langen Verbindungsleitungen 17, 18 und 19 zwischen den Strahlern wird zuerst vom Strahler 11, dann vom Strahler 13 und schließlich vom Strahler 15 abgestrahlt. Da die Wege von den Einzelstrahlern 12, 15; 14, 13; 16, 11 zur Wellenfront gleich lang sind, d. h. d1=d3′, d2=d2′; d3=d1′, wird die Welle also in die gleiche Richtung zurückgestrahlt, aus der sie einfällt. Wegen der Reziprozität von Antennen wir­ ken natürlich auch die Strahler 11, 13, 15 als Empfangsantennen und strahlen über die Einzelstrahler 12, 14, 16 zurück.

Fig. 3 zeigt eine aktive Van-Atta-Antennenanordnung in Prinzip­ darstellung. Durch Einbau von Verstärkern 20 in die Übertra­ gungsleitungen 17, 18 und 19 wird die Sendeleistung erhöht. Die Verstärker 20 wirken natürlich nur in einer Rich­ tung, so daß nur jeweils die halbe Antennenfläche für Senden bzw. Empfangen wirksam ist. Die Verkopplung 20a beider Antennen­ hälften ist relativ klein, da beide stark gebündelt sind (Richt­ wert z. B. 80 dB).

Werden Sende-Empfangs-Weichen 21 in den Übertragungsleitungen 17, 18 und 19 verwendet wie in Fig. 4, so kann die Antennen­ fläche für Senden und Empfangen doppelt genutzt werden.

Eine Verschachtelung von sechszehn Strahlern 22 bis 29 bzw. 22′ bis 29′ in der Ebene zeigt Fig. 5. Die Einzelstrahler 22 bis 29 sind Sendestrahler und die Einzelstrahler 22′ bis 29′ arbeiten als Empfangsstrahler. Bei größeren Verstärkungen kann die große Verkopplung von Einzelstrahler zu Einstelstrahler zu Rückkopplungen 30 (Fig. 4) führen. Mit diesen Sende-Empfangs- Weichen 21 ist es möglich, auch geteilte Antennen nach Fig. 6 voll auszunutzen. Dabei weist die mit einer quadratischen Apertur versehene Sendeantenne 31 sechszehn Strahler 32 bis 47 auf, während die mit der gleichen Apertur versehene Empfangs­ antenne 48 mit sechszehn Strahlern 32′ bis 47′ arbeitet. Bei den Anordnungen nach Fig. 5 und 6 sind stets die mit gleicher Zahl bezeichneten Einzelstrahler über gleich lange Leitungen miteinander verbunden.

Die Einzelstrahler können verschiedene Formen haben. Fig. 7 bis 9 zeigen Einzelstrahler, die nur auf eine Polarisation an­ sprechen wie der Schlitzstrahler in Fig. 7, der Dipol in Fig. 8 oder die koaxial- bzw. hohlleitergespeiste Spiralantenne nach Fig. 9, die z. B. in Ätztechnik auf einem Radom 99 aufgebracht sind.

Um die Orthogonalität der Sende- und Empfangspolarisationen zu gewährleisten, weisen die beiden Einzelstrahler eines durch eine Leitung verbundenen Einzelstrahlerpaares zueinan­ der orthogonale Polarisationen auf. Fig. 10 und 11 zeigen dies für lineare und zirkulare Polarisationen am Beispiel der Schlitzantennen. Die Bezeichnungen der Einzelstrahler ent­ sprechen denen von Fig. 5 und 6. Im ineinandergeschachtelten Fall der Fig. 10 ist bei bestimmten Polarisationen nur jeder zweite Einzelstrahler angesprochen. Dies läßt sich vermeiden, wenn Strahler verwendet werden, die auf zwei zueinander ortho­ gonale Polarisationen ansprechen. Fig. 12 zeigt ein solches Strahlerpaar in Form von zwei koaxial angeregten Hornstrah­ lern 49 und 50. In Fig. 12 ist auch ein Umschaltet 51 einge­ zeichnet, der es gestattet, jede Anordnung von zirkular­ polarisierten Zielfolgeradars zu stören. Es läßt sich mit die­ sem Umschalter 51 wahlweise oder periodisch links- und rechts­ zirkular polarisierte Störstrahlung abstrahlen, so daß ein mit und ohne Regenechounterdrückung arbeitendes Zielfolgeradar gestört werden kann. Zielfolgeradars mit Regenechounterdrückung werten beim Empfang nur elektromagnetische Wellen solcher Po­ larisation aus, deren Drehsinn in Richtung des Strahlvektors mit der Polarisationsdrehrichtung der von ihr ausgesandten Wellen übereinstimmt.

Eine Aufweitung des Winkelbereichs über etwa ±30°, in dem die Antennengruppe stört, ist durch ein Dielektrikum 52 mög­ lich, das dichter als Luft ist und vor den Einzelstrahlern liegt bzw. diese einschließt. In Fig. 13 sind die auf das Dielektrikum 52 in flachen Winkeln und auf die aus koaxial­ gespeisten Schlitzstrahlern 53 bestehende Antenne in stei­ leren Winkeln einfallenden Strahlen 54 zu sehen.

Bei der Van-Atta-Antenne wird durch paarweises Zusammenfassen der symmetrisch liegenden Einzelstrahler der Phasenbelag auf der Antenne invertiert, d. h. Wellenfronten, die den Einzel­ strahler früh erreichen, lösen sich im Sendefall spät ab. Eine solche Phaseninversion läßt sich für jeden Strahler durch Einschaltung eines Phasenumkehrgliedes 55 zwischen zwei ortho­ gonal eingeführten Speisezuführungen 56 und 57 eines Horn­ strahlers 58 auch einzeln erreichen, wie Fig. 14 zeigt.

In der Anordnung nach Fig. 15 wird die Phase der an den Ein­ zelstrahlern 59, 61, 63 ankommenden Wellen bezüglich einer gemeinsamen Phase eines Einzelstrahlers 65 in den Phasenmeß­ schaltungen 66, 67 und 68 gemessen und jeweils in einem als Phasenschieber geeigneten Bauelemente 69, 70 und 71 einge­ stellt. Den die Strahlung abgebenden Strahlern 60, 62 und 64 wird die Energie somit phaseninvertiert zugeführt. Die Einzel­ strahler der Paare 59 und 60, 61 und 62 bzw. 63 und 64 sind zueinander orthogonal polarisiert. Die Verbindungsleitungen 72, 73 und 74 zu den Einzelstrahlerpaaren sind gleich lang.

Die gleiche Phasenumkehrwirkung läßt sich auch mit der Schal­ tung zur Frequenzmischung entsprechend Fig. 16 erreichen. Die hier dargestellte Antenne weist drei Einzelstrahlerpaare auf, wobei die beiden Einzelstrahler der Paare 75 und 76, 77 und 78 sowie 79 und 80 zueinander orthogonal polarisiert sind. In einer Mischstufe 81 wird die Frequenz ω_ZF mit der Phasenlage ϕ_ZF eines Zwischenfrequenzoszillators 82 mit einer an einem Ein­ zelstrahler 83 einfallenden Frequenz ω₀ in der Phasenlage ϕ₀ gemischt. Das Ausgangssignal der Mischstufe 81 wird einerseits über ein Summenfrequenzbandfilter 84 und andererseits über ein Differenzfrequenzbandfilter 85 geführt. Das Ausgangssignal des Summenfrequenzbandfilters 84 wird jeweils einer einem Einzel­ strahlerpaar zugeordneten Mischstufe 86, 87 und 88 eingegeben, deren zweites Eingangssignal den als Empfangsstrahler wirk­ samen Einzelstrahlern 75, 77 bzw. 79 entnommen wird. Das Aus­ gangssignal des Differenzfrequenzbandfilters 85 wird jeweils einer einem Einzelstrahlerpaar zugeordneten zweiten Mischstu­ fe 89, 90 und 91 eingegeben, deren zweites Eingangssignal den dem gleichen Einzelstrahlerpaar zugeordneten Mischstufen 86, 87 bzw. 88 entnommen wird. Am Ausgang der zweiten Mischstufen 89, 90 und 91 liegen die Einzelstrahler 76, 78 bzw. 80, welche als Sendestrahler für die orthogonal polarisierte Strahlung dienen. Vor den Mischstufen können Verstärker 92 vorgesehen sein. Die einzelnen Phasenverhältnisse sind in Fig. 16 in den jeweiligen Schaltungsstellen zu entnehmen. Die Zuleitungen 93 bis 98 zwi­ schen den beiden Filtern 84 und 85 einerseits und den Misch­ stufen 86 bis 91 sind alle gleich lang.

Claims (4)

1. Anordnung zur Störung einer nach dem Summe-Differenz-Prinzip insbesondere mit linearer Polarirtät arbeitenden Monopuls-Zielverfolgungs- Radareinrichtung von seiten des verfolgten Ziels, wobei das von der Monopuls-Zielverfolgungs-Radareinrichtung ausgesendete Radarsignal am Ziel mitels einer die Signalenergieanteile zweier senkrecht zueinander stehender Polarisationen trennen­ den und an separate Speisezuführungen leitenden Empfangsantennen­ anordnung empfangen wird, dort der Polarisationswinkel des Radarsignals ermittelt und dann als Modulations-Störsignal um 90 Grad versetzten Polarisationsrichtung, d. h. in Kreuzpolarisation, verstärkt über einen Sender von einer Sendeantennenanordnung zum Empfang auf Seiten der Monopuls-Zielverfolgungs-Radarein­ richtung abgestrahlt wird, und wobei die zielseitige Empfangs­ antennenanordnung fest und unbeweglich am Ziel angebracht ist und die zielseitige Sendeantennenanordnung in ihrer Art und Ausrichtung mit der Empfangsantennenanordnung übereinstimmt und ebenfalls fest und unbeweglich angebracht ist, und wobei die zielseitige Empfänger-/Sender-Anordnung so ausgebildet ist, daß das Verhältnis der Leistungsanteile in den beiden Speisezu­ führungen zur Sendeantennenanordnung umgekehrt proportional zum Verhältnis der Leistungsanteile in den beiden hinsichtlich der Polarisationsrichtung gleichartigen Speisezuführungen der Empfangsantennenanordnung ist, nach Patent 22 60 028, dadurch gekennzeichnset, daß die zielseitigen Sende- und Empfangs­ antennenanordnungen als stark bündelnde, hinsichtlich der Hauptstrahlungsrichtung übereinstimmende Antennen ausgelegt sind, die außer den jeweils zwei kreuzpolarisierte Strahlungs­ komponenten hervorrufenden, als Einzelstrahler wirksamen Spei­ sezuführungen (z. B. 22, 22′ und 23, 23′) noch mehrere derartige Einzelstrahler (24 bis 29 und 24′ bis 29′) aufweisen, von denen jeweils zwei orthogonal polarisierte Einzelstrahler über eine Phaseninvertiereinrichtung (17, 18, 19) miteinander verbunden sind, so daß sich Wellenfronten, die einen Empfangseinzelstrah­ ler früher erreichen, dort beim Senden entsprechend später ablösen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende- und Empfangsantennenanord­ nungen in Gemeinschaft als sogenannte Van-Atta-Antenne aufge­ baut sind, d. h. eine Antenne, deren Einzelstrahler (22 bis 29 und 22′ bis 29′) paarweise stets so miteinander verbunden sind, daß gleich lange elektrische Wege (17, 18, 19) zwischen den beiden Einzelstrahlern (z. B. 22 und 22′) eines Paares liegen, wobei das Einzelstrahlerpaar aus zwei zueinander orthogonalpo­ larisierten und symmetrisch zur geometrischen Mitte des gesamten Einzelstrahlerfeldes liegenden Einzelstrahlern zusammengesetzt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zielseitigen Sende- und Empfangs­ antennen ineinandergeschaltet sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelstrahler eines räumlich zu­ sammengefaßten Einzelstrahlerpaares (z. B. 61, 62) über eine phaseninvertierende Schaltung (70) miteinander verbunden sind.