DE3544092A1 - Mehrbereichsantenne fuer den ghz-bereich - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrbereichsantenne für den Gigahertzbereich.

Mehrbereichsantennen im GHz-Bereich werden in der Regel dadurch realisiert, daß für jeden Wellenlängenbereich eine spezielle Antenne vorgesehen ist, wobei die Antennen räumlich voneinander getrennt angeordnet sind. Derartige Antennen sind jedoch z. B. für kleine Suchköpfe in Projektilen nicht geeignet.

Radarbekämpfungs-Flugkörper nutzen die Strahlung von Radargeräten zur autonomen Zielsuchlenkung aus. Eine von mehreren radarseitigen Gegenmaßnahmen ist das rechtzeitige Abschalten des Radarsenders bei erkanntem Angriff. In diesem Falle ist ein herkömmlicher Radarbekämpfungs-Flugkörper mit einem rein passiven Antiradar-Suchkopf blind.

Bei zukünftigen Systemen wird nun danach getrachtet, diese Schwachstelle durch einen Dualmode-Suchkopf zu beseitigen. Dieser umfaßt eine Mehrbereichsantenne für den GHz-Bereich, eine Auswerteschaltung und einen Millimeterwellen- Sender und -Empfänger. Die Mehrbereichsantenne hat die Aufgabe, Radarwellen so zu empfangen, daß ihre Einfallsrichtung von der Auswerteschaltung ermittelt und zu Lenksignalen umgewandelt werden kann und im Falle des plötzlichen Abschaltens des detektierten Radarsenders eine Sekundärstrahlung des Radarsenders zu verwenden. Diese sekundäre Abstrahlung kann im Infrarot-Bereich oder im Millimeterwellenbereich infolge natürlicher Abstrahlung oder Reflexion bei Anstrahlung liegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst kleine, kompakte und erschütterungsunempfindliche Mehrbereichsantenne anzugeben, die besonders für Suchköpfe für Radarbekämpfungs-Flugkörper geeignet ist.

Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Die erfindungsgemäße Antenne ist kompakt, beansprucht nur wenig Raum, ist erschütterungsunempfindlich und als Sende- oder Empfangsantenne für zwei unterschiedliche Wellenlängenbereiche im GHz-Bereich geeignet. Durch die Verwendung einer Linse vor den mm-Wellen-Antennen wird eine scharfe Bündelung der mm-Wellen erzielt und so der Wirkungsgrad und die Detektionsgenauigkeit der Antennen wesentlich erhöht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Durch die Ausgestaltung der Antenne nach Anspruch 2 nimmt die Linse keinen zusätzlichen Platz in Anspruch und ihr zusätzliches Gewicht ist nur gering. Als Stufenlinse läßt sie sich besonders gewichtsarm herstellen. Anspruch 4 gibt hierfür eine besonders günstige Ausgestaltung einer Stufenlinse an.

Im folgenden wird nun die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen im einzelnen:

Fig. 1: Seitenansicht der Antenne senkrecht zu ihrer Längsachse;

Fig. 2: Seitenansicht der Antenne parallel zu ihrer Längsachse.

In Fig. 1 ist die Seitenansicht der Antenne senkrecht und in Fig. 2 parallel zu ihrer Längsachse 10 dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Konzentrisch um ihre Mittelachse 10 sind gleichmäßig verteilt vier breitbandige Spiralantennen 1, vorzugsweise "cavity-backed spirals" zum Empfang von Radarsignalen, deren Frequenz von einigen GHz bis etwa 18 GHz reichen kann, angeordnet. Im Zentrum der Spiralantennen 1 im Bereich der Mittelachse 10 sind mehrere Millimeterwellen- Antennen 2 und 3 vorgesehen, von denen die Antenne 2 auf der Mittelachse eine Sendeantenne ist und die gleichmäßig um die Sendeantenne 2 herumgruppierten Antennen die Empfangsantennen 3 sind. Zur Bündelung der Millimeterwellen ist vor den Millimeterwellen-Antennen 2 und 3 auf der Mittelachse 10 eine dielektrische Linse 5 aus einem Material mit einer konstanten Dielektrizitätskonstanten vorgesehen.

Für den vorgesehenen Zweck der Spiralantennen 1 und der Millimeterwellen-Antennen 3 genügen zur Richtungserkennung bereits jeweils drei Antennen. Zur Vereinfachung der Auswerteschaltung sind jedoch im Ausführungsbeispiel jeweils vier Antennen vorgesehen.

Die Spiralantennen 1 sind zu einem Monopulssystem mit Amplitudenvergleich zusammengeschaltet und deshalb gegenüber der Mittelachse um den sogenannten Schielwinkel w _s geneigt. Der Winkel w _s hängt von der Diagrammbreite der Einzelantennen ab und beträgt etwa 30-40°. Infolge der geforderten Frequenzbandbreite besitzen die Spiralantennen sehr breite Antennendiagramme mit 3 dB-Halbwertsbreiten in der Größenordnung von 60-80°.

Aufgrund dieses großen Blickfeldes ist eine kardanische Antennennachführung nicht erforderlich, so daß die Spiralantennen in vorteilhafter Weise starr eingebaut werden können.

Im Zentrum der vier Spiralantennen 1 sind im Ausführungsbeispiel fünf Millimeterwellen-Antennen angeordnet. Sie bestehen aus der Sendeantenne 2 und vier Empfangsantennen 3. Letztere sind ebenfalls zu einem Monopulssystem integriert. Die Antennen sind aus Platzgründen als offene Hohlleiter ausgeführt, wobei ihr gegenseitiger Abstand kleiner als die von ihnen zu detektierende Wellenlänge ist. Die Strahlungsdiagramme solcher Antennen sind sehr breit. Ihre 3 dB-Halbwertsbreite liegt über 90°.

Eine derart geringe Richtwirkung ist für eine Millimeterwellen- Suchkopf-Anwendung ungeeignet, da für einen ausreichenden Zielkontrast gegenüber dem Störhintergrund (Clutter) eine Winkelauflösung von wenigen Grad erforderlich ist. Brauchbare Werte für das Signal/Clutter- Verhältnis ergeben sich beispielsweise für Diagrammbreiten von ≈2°. Dies bedeutet, daß die Millimeterwellen-Strahlung durch eine entsprechende Vorrichtung gebündelt werden muß.

Gemäß der Erfindung geschieht dies durch eine dielektrische Linse 4. Diese ist, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, in das die Antennensysteme schützende Radome 5 integriert. Sie besteht aus einem Material mit homogener Dielektrizitätskonstante. Dafür eignen sich die bekannten Materialien für Flugkörper-Radome, sofern sie sowohl für die Radarfrequenzbänder als auch für Millimeterwellen (bis 94 GHz) genügend durchlässig, homogen und stabil sind. Die Funktionsweise der dielektrischen Linse wird als bekannt vorausgesetzt.

Es ist vorteilhaft, die Linse zur Reduzierung der Durchlaßdämpfung und des Gewichts nicht voll auszubilden, sondern als Stufenlinse auszuführen. Hierzu wird der Linsenkörper so in Zonen unterteilt, daß sich die Laufwege der Strahlen in den einzelnen Zonen um ganzzahlige Vielfache der Wellenlänge unterscheiden. Damit werden die Abmessungen des Linsenkörpers nur so groß, wie es zur Einhaltung der geforderten Gleichphasigkeit in der Apertur notwendig ist.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel unterscheiden sich die Strahlenwege benachbarter Linsenzonen um jeweils eine Wellenlänge. Mit einer derartigen dielektrischen Linse läßt sich beispielsweise mit einem Durchmesser von 10 cm bei 94 GHz eine Strahlbündelung von etwa 2° erzeugen. Für den Frequenzbereich bis 18 GHz, in dem die Spiralantennen arbeiten, besitzt die Linse keine bündelnde Wirkung. Hier bewirkt die vorgeschlagene Ausbildung des Radomes lediglich eine Änderung des Radome-Schielwinkelfehler- Verlaufs gegenüber einem üblichen Radome mit konstanter Wandstärke. Da der Radome-Schielwinkel-Verlauf bei einer starren Antennenanordnung in der Auswerteschaltung kompensiert werden kann, ist dieser Einfluß von untergeordneter Bedeutung.

Claims (4)

1. Mehrbereichsantenne für den GHz-Bereich, dadurch gekennzeichnet, daß konzentrisch um eine Mittelachse (10) gleichmäßig verteilt mindestens drei breitbandige Spiralantennen (1) zum Empfang von Radarsignalen angeordnet sind,
daß im Zentrum der Spiralantennen (1) im Bereich der Mittelachse (10) mehrere Millimeterwellen-Antennen (2; 3) vorgesehen sind, von denen eine auf der Mittelachse die Sendeantenne (2) und mindestens drei um die Sendeantenne (2) gleichmäßig gruppierte die Empfangsantennen (3) sind und
daß vor den Millimeterwellen-Antennen (2; 3) zur Bündelung der Millimeterwellen auf der Mittelachse (10) eine dielektrische Linse (5) aus einem Material mit einer konstanten Dielektrizitätskonstante vorgesehen ist.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse in ein die Suchkopfantenne schützendes Radome (5) integriert ist.

3. Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse als Stufenlinse (4) ausgebildet ist.

4. Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufenlinse so ausgebildet ist, daß sich die Strahlenwege benachbarter Linsenzonen um jeweils eine Wellenlänge unterscheiden.