DE3642072A1 - Radar-antennenanordnung mit verringertem rueckstreuquerschnitt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Radar-Antennenanordnung mit verrin­ gertem Rückstreuquerschnitt nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Um die Entdeckung eines Ziels, insbesondere eines Flugzeugs, durch gegnerische Radar-Einrichtungen zu verhindern, sind Maß­ nahmen zur Tarnung von Flugzeugen, beispielsweise durch Aufbrin­ gen von elektromagnetische Strahlung absorbierendem Material auf die metallische Oberfläche, bekannt. Untersuchungen zeigen aber, daß für die Rückstreuung von auf das Flugzeug gerichteter Radar-Strahlungsleistung des gegnerischen Radars die bordeigene Radarantenne des Flugzeugs einen der größten Anteile liefert. Dies gilt sowohl für Reflektorantennen als auch für Gruppen­ antennen. Diese bordeigene Radarantenne kann selbstverständ­ lich nicht durch absorbierendes Material abgedeckt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Radar- Antennenanordnung anzugeben, welche einen gegenüber bekannten Anordnungen wesentlich verringerten Rückstreuquerschnitt auf­ weist.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Unter­ ansprüche enthalten vorteilhafte Ausführungsformen und Weiter­ bildungen der Erfindung.

Die Erfindung macht vorteilhaften Gebrauch von an sich bekannten frequenzselektiven Einrichtungen. Bei der erfindungsgemäßen An­ ordnung wird die Antenne für elektromagnetische Wellen außerhalb ihres Arbeitsfrequenzbandes durch die frequenzselektiven Ein­ richtungen abgeschirmt. Die auftreffenden Wellen werden aber nicht absorbiert, sondern an der wie ein Spiegel wirkenden Ebene dieser Einrichtungen reflektiert. Da die Flächennormale der Spiegelebene nur in sehr seltenen Fällen direkt auf die gegne­ rische Radaranlage gerichtet ist, wird die auf eine erfindungs­ gemäße Antennenanordnung auftreffende Strahlung nicht zum Stand­ ort der Radaranlage zurück-, sondern in einen anderen Raumwin­ kel reflektiert und liefert daher keinen Beitrag zur Zieldetek­ tion. Radarwellen von gegnerischen Ortungsanlagen mit Frequenzen im Arbeitsbereich der (bordeigenen) Antenne gehen zwar im Prin­ zip ungehindert durch die frequenzselektiven Einrichtungen hin­ durch, werden aber i. a. weitgehend von der Antenne aufgenommen und liefern aus diesem Grund keinen nennenswerten Anteil an rückgestreuter Energie.

Frequenzselektive Einrichtungen, insbesondere Gitterstrukturen, sind an sich bereits vielfach, z. B. bei Filter-Anordnungen in Millimeterwellen-Empfängern und vor allem im Bereich der Spei­ sung von Mikrowellen-Kommunikationsantennen, hierbei wiederum speziell für Raumfahrtanwendungen, benutzt und z. B. in "The Bell System Technical Journal", Febr. 1975, S. 263 ff. be­ schrieben.

Die Erfindung ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die Abbildun­ gen noch weiter veranschaulicht.

Fig. 1 zeigt im Schnittbild eine z. B. an Bord eines Flugzeugs befindliche Gruppenantenne A mit mehreren Strahlerelementen S. Vor den Strahlerelementen ist eine dielektrische Trägerplatte T angeordnet, die auf der der Antenne abgewandten ebenen Seite eine metallische Gitterstruktur G trägt.

Die Antenne sei, wie in Fig. 2 für einen Ausschnitt skizziert, so ausgerichtet, daß die Flächennormale der Trägerplatte T ge­ gen die Horizontale nach unten geneigt ist.

Die von den Strahlerelementen der bordeigenen Antenne ausge­ sandte Strahlung mit der im Arbeitsfrequenzband liegenden Fre­ quenz f _A kann die Gitterstruktur ungehindert passieren, ebenso die an Zielen oder am Boden reflektierten Echos dieser Strah­ lung in umgekehrter Richtung. Für die meisten Gitterstrukturen ist der Transmissionskoeffizient für in das Durchlaßfrequenzband fallende Strahlung für mäßige Abweichung des Auftreff- bzw. Ab­ strahlwinkels von der Flächennormalen annähernd gleich wie für den Fall senkrechten Auftreffens. Lediglich für sehr schräg ein­ fallende Wellen ist mit nennenswerten Transmissionseinbußen zu rechnen. Die Erfindung ist daher besonders geeignet für Anten­ nen mit fester oder nur wenig variierter Hauptstrahlrichtung, jedoch auch noch von Vorteil für Antennen mit größeren Schwenk­ winkeln, wenn die Winkelabhängigkeit der Transmission berück­ sichtigt wird.

Die von einer gegnerischen Radaranlage auf die Antennenanord­ nung schräg auftreffenden Wellen der Frequenz f _R , die beispiels­ weise unterhalb des Durchlaßbandes der Gitterstruktur G liege, werden von der in diesem Fall wie ein Spiegel wirkenden Gitter­ struktur nach unten wegreflektiert.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer frequenzselektiven Gitter­ struktur, die an sich bereits bekannt und in der genannten Li­ teraturstelle in "The Bell System Technical Journal" ausführ­ lich beschrieben ist, ist in Fig. 3 skizziert. Die Leiterstruk­ tur besteht aus einem Grundgitter mit quadratischen Maschen. Den Quadraten sind, gleichfalls aus leitendem Material, Kreuze einbeschrieben, die an ihren Enden parallel zu den Streifen des Grundgitters verlaufende Streifenabschnitte aufweisen. Die Ma­ schenweite des Gitters, d. h. der Abstand benachbarter Längs- oder Querstreifen, liegt bezogen auf die Wellenlänge λ _A der Mittenfrequenz des Arbeitsfrequenzbandes bei ungefähr 0,3 λ _A. Die Gitterstruktur kann z. B. als geätzte Metallstruktur auf einem dielektrischen Substrat, als auf eine Kunststoffolie auf­ gedampfte Metallstruktur oder als auf eine Schaumstoffplatte aufgeklebte Metallfolie ausgeführt sein.

Fig. 4 zeigt qualitativ die Transmissions- und die Reflexions­ charakteristik einer in Fig. 4 skizzierten Gitterstruktur. Die Transmissionskoeffizienten (durchgezogene Kurve) S ₂₁ und S ₁₂ sind im Arbeitsfrequenzband B der Antenne um f _A etwa gleich 1 und fallen sowohl zu höheren als auch zu niedrigeren Frequen­ zen außerhalb des Bandes auf Null ab. Die Reflexionskoeffizien­ ten (gestrichelte Kurve) S ₁₁ und S ₂₂ sind dagegen um f _A unge­ fähr gleich Null und steigen auf vollständige Reflexion bei hö­ heren und tieferen Frequenzen außerhalb des Arbeitsfrequenz­ bandes an.

Claims (5)

1. Radar-Antennenanordnung mit verringertem Rückstreuquerschnitt mit mindestens einem in einem vorgegebenen Arbeitsfrequenzband betreibbaren Strahlerelement, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Strahlerelement in einer Ebene frequenzselektive Einrichtungen mit Bandpaßcharakter angeordnet sind, welche elektromagnetische Strahlung in dem Betriebsfrequenzbereich des Strahlerelements durchlassen und außerhalb dieses Frequenzbereichs reflektieren.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzselektiven Einrichtungen metallische Gitterstrukturen sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Gitterstrukturen als Leiterstreifen auf einem di­ elektrischen Träger ausgeführt sind.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gitterstruktur eine an sich bekannte Struktur ist, bei welcher in zwei senkrecht aufeinanderstehenden Rich­ tungen sich kreuzende Scharen paralleler äquidistanter Leiter­ streifen verlaufen und den von den Leiterstreifen begrenzten Quadraten Kreuze mit an ihren Enden parallel zu den Quadrat­ seiten verlaufenden Querstreifen aus leitendem Material einbe­ schrieben sind.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ebene der frequenzselektiven Einrichtungen in ihrer Orientierung bezüglich der Antennenträgerkonstruktion ver­ stellbar ist.