DE3642072C2

DE3642072C2 - Radar-Antennenanordnung mit vorgebbarem Rückstreuquerschnitt

Info

Publication number: DE3642072C2
Application number: DE19863642072
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Ing Solbach
Original assignee: Daimler Benz Aerospace AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1986-12-10
Filing date: 1986-12-10
Publication date: 1996-09-05
Anticipated expiration: 2006-12-11
Also published as: DE3642072A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Radar-Antennenanordnung mit vorgeb barem 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 selbstverständlich nicht durch absorbierendes Material abgedeckt werden.

Aus der EP 0 104 536 A2 ist eine Reflektor-Antenne bekannt, ins besondere für die Satellitenkommunikation oder Radaranwendungen. Die Antenne besitzt ein Strahlerelement, das als Hornstrahler ausgebildet ist und dessen Sende-/Empfangsrichtung einem Reflek tor zugewandt ist. Dieser besteht aus einem plattenförmigen di elektrischen Material, dessen Rückseite (die dem Hornstrahler ab gewandte Seite) vollständig metallisiert ist. Auf der Vorderseite (die dem Hornstrahler zugewandte Seite) befindet sich eine ra sterförmig angeordnete Metallstruktur, z. B. rechteck- oder kreis förmige Flächen, die an sich voneinander elektrisch isoliert sind. Werden nun mehrere Flächen in vorgebbarer Weise elektrisch leitend mit der Rückseite verbunden, so ist ein davon abhängiges Richtdiagramm einstellbar, beispielsweise eine Änderung eines Radar-Rückstreuquerschnittes.

Aus der Druckschrift LEONARD, T.W.; COFER, J.W: "A New Equivalent Circuit Representation for the Jerusalem Cross" in: Proceedings International Conference on Antennas and Propagation, Part 1 -Antennas, 1978, The Institution of Electrical Engineers, Seiten 65-69, ISBN 085296195-2, sind weitere metallische Strukturen, insbesondere Gitterstrukturen, bekannt, welche für derartige Reflektoren verwendbar sind.

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. 3 skizzierten Gitterstruktur. Die Transmissionskoeffizienten (durchgezogene Kurve) S₂₁ und S₁₂ 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) S₁₁ und S₂₂ 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

1. Radar-Antennenanordnung mit

- vorgebbarem Rücksteuerquerschnitt,
- mindestens einem in einem vorgebbaren Arbeitsfrequenzband betreibbaren Strahlerelement und
- einer dem Arbeitsfrequenzband zugeordneten Hauptstrahlrich tung, in der ein Radar-Ziel detektierbar ist, dadurch gekenn zeichnet,
- daß die im Arbeitsfrequenzband liegende elektromagnetische Strahlung (Sende-/Empfangsstrahlung) in der Hauptstrahlrich tung eine frequenzselektive Einrichtung (T, G) durchläuft,
- daß die frequenzselektive Einrichtung aus einer plattenförmi gen dielektrischen Trägerplatte (T) besteht, auf deren dem zu detektierenden Ziel zugewandten Seite eine metallische Git terstruktur (G) angebracht ist, und
- daß die metallische Gitterstruktur (G) derart strukturiert ist, daß ein Bandpaßcharakter entsteht, derart, daß im Ar beitsfrequenzband liegende elektromagnetische Strahlung durch gelassen wird und außerhalb des Arbeitsfrequenzbereiches lie gende elektromagnetische Strahlung an der Gitterstruktur (G) reflektiert wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Gitterstrukturen als Leiterstreifen auf dem di elektrischen Träger ausgeführt sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Gitterstruktur eine an sich bekannte Struktur ist, bei welcher in zwei senkrecht aufeinanderstehenden Rich tungen sich kreuz ende 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.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Ebene der frequenzselektiven Einrichtungen in ihrer Orientierung bezüglich der Hauptstrahlrichtung ver stellbar ist.