DE2519986C3 - MeBhilfseinrichtung für Radargeräte mit Empfangs- und Rücksendeantenne zum Simulieren entfernter Zielobjekte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßhilfseinrichtung für Radargeräte zum Simulieren von Zielobjekten mit einer Mikrowellenantenne zum Empfang der von der Antenne des Radargerätes ausgestrahlten Radarsignale und zur Rücksendung der simulierten Echosignale zur Radarantenne, mit einem eine größere Entfernung der Zielobjekte simulierenden Dämpfungsmittel für die Signale und mit einem nichtreflektierenden, im Abstand vor der Mikrowellenantenne angeordneten Schirm.

Wie bekannt, besteht ein Radargerät aus verhältnismäßig komplexen elektronischen Einrichtungen und seine technischen Eigenschaften und seine Leistungsfähigkeit müssen strengen Betriebserfordernissen genügen. Während die verschiedenen Bauelemente und Sub-Systeme, aus denen die elektronischen Einrichtungen zusammengesetzt sind, während der Herstellung und in einem gewissen Grade auch am Einsatzort geprüft werden können, ist es außerordentlich schwierig, die Gesamt-Betriebseigenschaften auf einfache Weise nachzuprüfen. Eine Möglichkeit, nach der die Gesamt-Betriebseigenschaften gemessen werden können, ohne daß ein wirkliches Ziel im Fernfeld-Bereich des Radargeräts (typischerweise mehr als etwa 800 m, und häufig viele Kilometer entfernt) angeordnet werden muß, erfordert die Verwendung eines simulierten Zieles.

Dazu wird eine Simulations-Einrichtung in der Nähe der Radarantenne angeordnet; nach dem Empfang verarbeitet diese Simulationseinrichtung das übertragene Radarsignal, bewirkt eine passende Verzögerung, ändert die Frequenz des Radarsignals (wenn Doppler-Verschiebungen simuliert werden sollen) und strahlt das sich so ergebende Signal zurück zur Radar-Antenne.

Eine Meßhilfseinrichtung der eingangs genannten Gattung wird also zur Überprüfung der Eigenschaften von Radargeräten vor deren Installierung am Einsatzort verwendet Dabei wird das Fernfeld des Radargerätes dadurch simuliert, daß in der Nähe der Radarantenne des zu überprüfenden Radargerätes eine Simulationseinrichtung angeordnet wird. Diese Simulationseinrichtung dämpft das von der Antenne des Radargerätes abgestrahlte Signal derart, daß das von der Antenne der Simulationseinrichtung empfangene Signal dem Signal entspricht, das im Fernfeld des zu überprüfenden Radargerätes auftreten würde.

Eine Meßhilfseinrichtung der eingangs genannten Gattung ist bereits in der DE-AS 12 64 539 beschrieben. Dieses zur Überprüfung von in Flugzeugen eingebauten Radargeräten dienende Gerät bewirkt die eine größere Entfernung der Zielobjekte simulierende Dämpfung durch einen elektronischen Abschwächer, der entsprechend der vorgewählten Entfernung und Betriebsfrequenz einstellbar ist. Der nichtreflektierende Schirm ist hierbei nicht mit der Meßhilfseinrichtung selbst verbunden, sondern wird durch die Radarhaube des Flugzeuges gebildet.

In der US-PS 32 54 340 ist eine Vorrichtung zur Kopplung eines Echosignal-Simulators mit einem Radargerät beschrieben. Zur Vermeidung unerwünschter Reflexionen ist diese Koppelvorrichtung mit einer im Abstand zur Antenne angeordneten dielektrischen Linse ausgestattet, wobei die Antenne und die Linse in

einem mit absorbierendem Material ausgeschlagenen Gehäuse angeordnet sind. Die eine Entfernung der Zielobjekte simulierende Dämpfung wird ebenfalls in der Simulator-Einrichtung mit elektronischen Mitteln erzielt

Nachteilig ist bei den bekannten Meßhilfseinrichtungen, daß einerseits bei vertretbarem Aufwand die Meßgenauigkeit gering ist, da die Dämpfung mit elektronischen Mitteln nur in einem sehr schmakn Frequenzband mit ausreichender Gleichmäßigkeit erzielbar ist

Nach dem Stand der Technik ist auch bereits ein Absorber für elektromagnetische Wellen bekannt (DE-AS 12 80 997), be; dem in Einfallsrichtung der Wellen vor einer vollständig reflektierenden Wand dielektrische und leitende, in sich geschlossene Schichten in der Weise alternierend aufeinanderfolgen, daß jede leitende Schicht zwischen zwei dielektrischen Schichten liegt und die Leitwerte der leitenden Schichten in Richtung auf die reflektierende Wand hin zunehmen. Durch diese Anordnung soll gewährleistet werden, daß einerseits der Reflexionsfaktor für eine möglichst große Anzahl von Frequenzen der einfallenden elektromagnetischen Wellen exakt Null ist und zwischen diesen Frequenzen einen geringen Wert aufweist, und daß andererseits bei großer Eigenfestigkeit ein niedriges Gewicht und eine geringe Dicke ermöglicht werden. Das Anwendungsgebiet dieses Absorbers liegt in der vollständigen Absorption eines Mikrowellensignals, wobei verhindert werden soll, daß irgendein auch nur geringer Anteil der Mikrowellepstrahlung von einem an sich reflektierenden Körper, der jedoch mit der Absorberschicht bedeckt ist, reflektiert wird.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Meßhilfseinrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der auf konstruktiv einfache Weise in einem weiten Frequenzbereich eine hohe Meßgenauigkeit erzielbar ist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der nichtreflektierende Schirm zugleich als Dämpfungsmittel dient, in dem er als Dämpfungsschirm ausgebildet ist.

Durch diese erfindungsgemäße Anordnung erreicht man nicht nur eine besonders einfache Lösung der gestellten Aufgabe, sondern zusätzlich noch bei geringer Baugröße die Möglichkeit, daß der Dämpfungsschirm durch entsprechende Ausbildung an den jeweiligen Frequenzbereich des Radargeräts ohne Veränderung der übrigen Aufbauten angepaßt werden kann.

Besonders bevorzugte Weiterbildungen und Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispies unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 in schematischer Darstellung eine Meßhilfseinrichtung für Radargeräte gemäß der Erfindung und

Fig.2 im einzelnen einen in dieser Meßhilfseinrichtung enthaltenen nichtreflektierenden Dämpfungsschirm.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist eine hohle rohrförmige Kammer 1 mit einer Parabolantenne 2 ausgestattet, die das ansonsten offene Ende der Kammer abschließt. Die Parabolantenne 2 ist mit einer konkaven gekrümmten Oberfläche, wie dargestellt, ausgestattet. Die Gestalt des Querschnitts der Kammer

1 ist nicht von kritischer Bedeutung, sie ist in diesem Fall rechteckig. Am anderen Ende der Kammer 1, entgegengesetzt zu dem Ende, an dem die Antenne 2 angeordnet ist, ist eine weitere, allgemein ähnliche Parabolantenne 3 vorgesehen, die einen Teil des zu prüfenden Radargeräts bildet Das Radargerät bzw. Funkmeßgerät ist allgemein mit dem Bezugszeichen 4 versehen, die Simulations-Ausrüstung, die der Antenne

2 zugeordnet ist ist mit dem Bezugszeichen 21 versehen. ίο Die Eigenschaften bzw. das Wesen und die Wirkungsweise der Simulations- Ausrüstung hängt vollständig von dem zu prüfenden Radargerät ab und kann daher irgendeine passende Form annehmen. Zwischen den zwei Antennen 2 und 3 ist ein dünner Schirm 5

is angeordnet Der Schirm 5 ist im einzelnen in der Fi g. 2 dargestellt Er besteht aus einer Mittelplatte 6 aus einem Material, das aus einer Mischung von Harz und Carbonyl-Pulver besteht, wobei diese Mittelplatte zwischen zwei weitere Platten 7 und 8 eingefügt ist Die Platten 7 und 8 sind einander in jeder Hinsicht gleich: sie weisen die gleiche Dicke auf und sind beide aus massivem Polystyrol.

Die dielektrischen Konstanten der Platten 6, 7 und 8 und die Dicke der Platten 7 und 8 sind so ausgewählt, daß Mikrowellen-Energie mit einer bestimmten Frequenz, die auf den Schirm 5 einfällt im wesentlichen von dem Schirm nicht reflektiert wird und durch den Schirm mit einer vorbestimmten Abschwächung bzw. Dämpfung hindurchgeht, die von den Eigenschaften bzw. der

j» Beschaffenheit der Schichten 6, 7, 8 abhängt. Die dielektrische Konstante von Polystyrol beträgt etwa 2,5. Anstelle von Polystyrol könnte für die Schichten 7 und 8 auch PTFE (Polytetrafluoräthylen) verwendet werden; dieses Material hat eine dielektrische Konstante von

j-, etwa 2,1. Diese beiden Materialien zeigen sehr geringe Verluste, d. h. sie bewirken selbst eine sehr geringe Dämpfung bzw. Abschwächung. Wahlweise könnten die Platten 7 und 8 aus dem gleichen Harz geformt werden, das beim Aufbau der Mittelplatte 6 verwendet wird,

4Ii jedoch ist dieses Material mit größeren Verlusten behaftet, obwohl es vom Herstellungsstandpunkt zufriedenstellender sein kann.

Damit der Schirm im wesentlichen nicht reflektierend ist für eine einfallende Energie mit der Wellenlänge λ

4-. (im Vakuum), muß die Dicke c/für jede der Schichten 7 und 8 gegeben sein durch

4|/77

wobei ε/die dielektrische Konstante der Schichten 7 und 8 ist, und angenommen wird, daß die Permeabilität gleich Eins sei. ρ ist eine ganze Zahl, und in einem praktischen Fall, in dem p=0, gilt

d =

ψ.

_W) Ein zusätzliches Erfordernis für die nichtreflektierende Eigenschaft ist, daß Ef=]fT_a; wobei e_s die dielektrische Konstante der Schicht 6 ist.

Auf diese Weise wird ein passendes dielektrisches Material für die Schichten 7 und 8 ausgewählt, das einen

_b--, vorbestimmten Wert von er aufweist, und die Dicke jeder Lage wird gemäß der oben angegebenen Beziehung für d vorgesehen. In diesem Fall wird der erforderliche Wert für ε₃ durch die Beziehung er=\fel

bestimmt, und der Wert von t_a der Schicht 6 kann durch das Verhältnis von Carbonyl-Pulver und Harz, aus dem die Schicht zusammengesetzt ist, gesteuert werden. Die Dicke der Schicht 6 beeinflußt die Reflexionseigenschaften des Schirms nicht und kann ausschließlich unter Berücksichtigung der Dämpfungseigenschaften tier Meühilfseinrichtng für Radargeräte ausgewählt werden. Es soll angemerkt werden, daß die Schichten 7 und 8 selbst eine Dämpfung bzw. Absc-uwächung bewirken, die bei der Gesamt-Abschwächung bzw. -Dämpfung, die der Schirm aufweist, in Rechnung gestellt werden muß, obwohl diese zusätzliche Abschwächung bzw. Dämpfung klein sein wird, wenn die Schichten 7 und 8 aus Polystyrol bestehen, wie oben erwähnt.

!m Betrieb wird das zu prüfende Radargerät 4 am Ende der Kammer 1 befestigt, so daß seine Parabolantenne in die Kammer 1 hineinsieht. Es ist in Betracht gezogen, daß auf diese Weise Radargeräte mit einer körperlich kleinen Antenne geprüft werden, z. B. einer Antenne mit einem Durchmesser zwischen etwa 0,3 m und 0,6 m. Durch entsprechende bzw. geeignete Dimensionierung der Kammer 1 können jedoch auch Radargeräte mit viel größeren Antennen verwendet werden.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Beispiel beträgt der Abstand zwischen den zwei Antennen etwa 50 cm und die Querschnitts-Abmessungen der Kammer 1 betragen etwa 0,6 m χ 0,6 m.

Das Radargerät 4 sendet seine normale Sequenz von Mikrowellen-Frequenz-Stößen oder -Impulsen und diese durchlaufen den Schirm 5 und werden von der Parabolantenne 2 empfangen. Der Schirm 5 dämpft bzw. schwächt die Amplitude der Mikrowellen-Signale, er ruft aber, wie oben erwähnt, keine unerwünschten Reflexionen hervor. Während jedoch der größte Teil der Mikrowellenenergie, der auf die Antenne 2 einfällt, an die Simulations-Einrichtung 21 weitergeleitet wird wird ein gewisser Anteil reflektiert. Der reflektierte Anteil durchdringt den Schirm 5 (und wird dabei ^r> abgeschwächt), fällt auf die Antenne 3 ein, und ein Teil davon wird zurückreflektiert durch den Schirm 5 an die Antenne 2, wo er eine kurze Zeitspanne nach dem ursprünglichen Signal eintrifft. Sowohl das ursprüngliche Signal als auch das reflekiiei ie Signal werden an die

tu Simulaiions-Einrichtung 21 weitergeleitet. Das reflektierte Signal ist durch den Dämpfungsschirm 5 zweimal öfter hindurchgetreten als das ursprüngliche Signal, hat folglich eine vie! stärker verminderte Amplitude und kann somit vernachlässigt werden.

π Wenn es erforderlich ist, den Schirm 6 in einem verhältnismäßig weiten Frequenzband zu betreiben, können zusätzliche Schichten 7 vorgesehen werden, um Reflexionen zu verhindern, die über dieses weitere Band erzeugt werden.

Das Mikrowellen-Frequenzband erstreckt sich von etwa 1000 MHz bis etwa 300 000 MHz. Die Frequenzen, bei denen die Meßhilfseinrichtung für Radargeräte gewöhnlich verwendet würde, liegen in der Größenordnung von etwa 13 000 MHz, wobei die Wellenlänge λ etwa 2 cm beträgt. Da die Dicke c/der Schichten 7 und 8 durch den Ausdruck λ/4 ε^ (wie vorstehend gezeigt) gegeben ist, kann die Abmessung d leicht gehandhabt werden.

Es soll vermerkt werden, daß die Anwesenheit des

so Schirms 5 einen zusätzlichen Laufweg-Verlust zwischen den beiden Antennen 2 und 3 hervorruft. Dieser Anstieg des Laufweg-Verlustes ist ein konstanter Wert, der beim Entwurf der Simulations-Einrichtung 21 berücksichtigt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Meßhilfseinrichtung für Radargeräte zum Simulieren von Zielobjekten mit einer Mikrowellen- ■> antenne zum Empfang der von der Antenne des Radargerätes ausgestrahlten Radarsignale und zur Rücksendung der simulierten Echosignale zur Radarantenne, mit einem eine größere Entfernung der Zielobjekte simulierenden Dämpfungsmittel für iu die Signale und mit einem nichtreflektierenden, im Abstand vor der Mikrowellenantenne angeordneten Schirm, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtreflektierende Schirm zugleich als das Dämpfungsmittel dient, indem er als Dämpfungsschirm (5) r, ausgebildet ist.

2. Meßhilfseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungsschirm (5) austauschbar angeordnet ist

3. Meßhilfseinrichtung nach einem der Ansprüche 2» 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Positionierung der Radarantenne (3) des zu prüfenden Radargerätes (4) in einer vorbestimmten Entfernung vor dem Dämpfungsschirm (5) vorgesehen ist. 2 >

4. Meßhilfseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungsschirm (5) in einer festen, vorbestimmten Entfernung vor der Mikrowellenantenne (2) der Meßhilfseinrichtung (21) angeordnet ist.

5. Meßhilfseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß :in einem Gehäuse aus leitendem Metall eine an beiden Enden offene Kammer (1) gebildet ist, daß ein Ende der Kammer (T) durch die als Parabolantenne j-> ausgebildete Mikrowellenantenne (2) verschlossen ist, wobei der nichtreflektierende Dämpfungsschirm (5) innerhalb der Kammer (1) im Abstand zu der Antenne (2) angeordnet und zu dieser ausgerichtet ist, und daß an dem von der Mikrowellenantenne (:ί) 4ο entfernten Ende der Kammer (1) Einrichtungen zur Aufnahme und Lagerung der Radarantenne (3) des zu prüfenden Radargeräts (4) vorgesehen sind.

6. Meßhilfseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß 4, der Dämpfungsschirm (5) eine erste Schicht (6) von verlustbehaftetem Material zwischen zwei Schichten (7, 8) aus Material mit geringen Verlusten und gleicher Dicke aufweist, wobei das Verhältnis der Dielektrizitätskonstanten jeder Schicht (6, 7, «) ,o derart gewählt ist, daß der Dämpfungsschirm (i>) insgesamt für die Betriebsfrequenzen im wesentlichen nichtreflektierend ist.

7. Meßhilfseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (6) aus v, homogenen in einem Bindemittel verteiltem, leitendem Pulver oder Partikeln besteht.

8. Meßhilfseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein aushärtbares Harz ist. W)

9. Meßhilfseinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel oder das Pulver auü Carbonyl-Eisen bestehen.

10. Meßhilfseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das hi Material (7,8) mit geringen Verlusten aus Polystyrol oder Polytetrafluorethylen besteht.

11. Meßhilfseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (7,8) mit geringen Verlusten ein aushärtbares Harz ist