DE3726309A1

DE3726309A1 - Radartarnung von fluggeraeteantennen

Info

Publication number: DE3726309A1
Application number: DE19873726309
Authority: DE
Inventors: Lothar Heichele; Reinhard Dr Popp
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1987-08-07
Filing date: 1987-08-07
Publication date: 1989-02-16
Also published as: FR2619255A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Radartarnung von sogenannten Hochgewinn-Antennen, insbesondere Bordradar-Antennen gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1 und einer Einrichtung zur Durchfüh rung dieses Verfahrens.

Eine von einem Radar angestrahlte Antenne besitzt im Vergleich zu ihren geometrischen Abmessungen einen Radarquerschnitt, der im allgemeinen ein Vielfaches ihrer geometrischen Querschnittsfläche ausmacht. Bei Reflek torantennen liegt der Radarquerschnitt in einem weiten Frequenzbereich in der Größenordnung von vielen Quadratmetern. Daher sind Flugzeuge bzw. Flugkörper nicht zuletzt aufgrund der Schwenkbewegungen ihrer Radaran tennen für Radargeräte relativ leicht detektierbar. Selbst kleinere Flugkörper mit Reflektorantennen geringen Durchmessers an Bord können im Anflug problemlos entdeckt werden. In der Regel sind diese Antennen mit dielektrischen Radomen gegen Umwelteinflüsse geschützt.

Der Nachteil dieser Radome besteht darin, daß sie für ein relativ breitbandiges Frequenzspektrum, insbesondere Radarfrequenzen transparent sind, so daß die dahinter verborgene Antennenstruktur für das Radar sichtbar wird. Dies trifft beispielsweise auch für die Einrichtung gemäß der US-PS 39 75 738 zu. Das dort offenbarte Radom ist elektrisch als Bandpaß für schwenkbare Antennen ausgelegt. Die Bandpaßcharakteristik wird hier durch Tripolschlitzelemente erzeugt, wodurch eine gewisse Stabilität der Resonanzfrequenz vom Einfallwinkel und der Polarisation des Signals erreicht wird. Durch die gewählte dreieckige Gitterstruktur wird eine hohe Flexibilität für gekrümmte Oberflächen geschaffen. Abgesehen von der noch zu hohen Breitbandigkeit ist hier der Nachteil gegeben, daß aufgrund der gewählten Schlitzelemente metallische Inseln entstehen, die wiederum ein dielektrisches Trägermaterial erforderlich machen. Dadurch aber werden die mechanischen und elektrischen Eigen schaften dieses Radoms wieder eingeschränkt.

Dies hat auch die US-PS 41 26 866 erkannt und offenbart einen Vorschlag, wie diese Nachteile der vorbeschriebenen US-Ausführungsform beseitigt werden können. Dies wird durch eine Änderung der Schlitzstruktur dahin gehend erreicht, daß die metallischen Inseln wegfallen, so daß kein Substrat mehr erforderlich ist. Dadurch wird einerseits die mechanische Festigkeit erhöht und andererseits die Antennenachsengenauigkeit verbes sert. Aber auch hier wird trotz aller Aufwendigkeit keine optimale Radarquerschnittsminderung erzielt.

Ein weiterer Nachteil von Radomen nach dem Stand der Technik ist, daß Radar- und Störsignale außerhalb des Nutzfrequenzbereichs über die Antenne zur äußerst empfindlichen Empfängereingangsstufe, ungehindert eindringen können und diese bei meist fehlender Vorselektion dadurch leicht übersteuern können. Hinzu kommt der weitere Nachteil, daß dielek trische Radome eine hohe Anfälligkeit gegen Witterungseinflüsse, Blitz schlag und NEMP aufweisen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, durch das die vorgenannten Nachteile weitgehend beseitigt werden und ein schmalbandiges Radom geschaffen wird, das sich durch eine wesentliche Verringerung des Radarrückstrahl querschnittes der Antenne auszeichnet. Dabei soll die äußere Form der Fluggerätestruktur, hinter der sich die Antenne verbirgt, nicht verän dert werden, um den globalen Radarquerschnitt der Struktur des Fluggerä tes, der bei entsprechender Konzeption nur Bruchteile eines Quadratme ters beträgt, beibehalten zu können.

Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgezeigten Maßnahmen gelöst und durch die Merkmale des Anspruchs 3 realisiert. In den Unteransprü chen sind Weiterbildungen und Ausgestaltungen von Verfahren und Einrich tung zur Durchführung desselben angegeben. In der nachfolgenden Be schreibung ist ein Ausführungsbeispiel erläutert und in den Figuren der Zeichnung skizziert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schemabild, das ein Fluggerät im Erfassungsbereich eines Radars darstellt,

Fig. 2 eine Schemaskizze einer Antenne hinter einer frequenzselektiven Oberflächenstruktur,

Fig. 3 ein Diagramm mit einer Filterkurve des Leistungstransmissions faktors der frequenzselektiven Oberflächenstruktur,

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine aus drei Lagen bestehende frequenz selektive Oberflächenstruktur,

Fig. 5 ein Teilstück einer Anordnung von Schlitzelementen einer fre quenzselektiven Oberflächenstruktur in der Draufsicht.

Wie in der Fig. 1 skizziert ist, befindet sich ein Fluggerät 10 in dem Erfassungsbereich 13 einer Radarantenne 12. Die äußere Form des Flugge rätes 10 wird so gestaltet, daß der globale Radarquerschnitt in einem großen Aspektwinkelbereich so klein wird, daß der Körper vom Radar nicht entdeckt werden kann. Notwendigerweise besitzt das Fluggerät jedoch mindestens eine abtastende Hochgewinnantenne (Zielsuchkopf, Bordradar etc.) mit einem Radarquerschnitt, dessen Größe zur Entdeckung des Fluggerätes ausreicht.

Die Fig. 2 und 3 erläutern nun näher das erfindungsgemäße vereinfachte Prinzip der frequenzselektiven Oberfläche zur Verringerung des Anten nen-Radarquerschnitts.

Gemäß Fig. 2 ist vor der Bordantenne 14 eine Oberflächenstruktur 16 angeordnet, in die nun ein frequenzselektives Fenster 15 integriert wird. Die Struktur 16 besitzt eine metallische Oberfläche, die im Fensterbereich mit - wie nachfolgend noch näher beschriebenen - geeigne ten Schlitzen durchbrochen ist. Die Bordantenne 14 ist für eine Mitten frequenz f _m und ein Nutzfrequenzband der Bandbreite B _n ausgelegt.

Die in Fig. 3 gezeigte Filtercharakteristik 17 des frequenzselektiven Fensters 15 hat Bandfiltereigenschaften und ist so ausgelegt, daß der Leistungstransmissionsfaktor T im Nutzfrequenzbereich einen Wert nahe "1" annimmt, um einerseits die Transmissionsverluste gering zu halten und andererseits das Strahlungsdiagramm der Bordantenne 14 nicht wesent lich zu verändern. Die Bandbreite B _f des frequenzselektiven Fensters 15 ist durch den Abfall des Leistungstransmissionsfaktors auf den Wert "0,5" charakterisiert. Die Frequenzen f _{r 1}, f _{r 2} usw. des Radargerätes liegen außerhalb des Durchlaßbereichs des frequenzselektiven Fensters 15. Ein Großteil der Radarstrahlung wird daher an der frequenzselektiven Oberfläche reflektiert, so daß sich der Radarquerschnitt des optimierten Fluggerätekörpers nicht wesentlich erhöht.

Eine Ausführungsform eines frequenzselektiven Fensters 15 ist in den Fig. 4 und 5 skizziert. Dieses Fenster 15, das eine Bandfiltercharak teristik gemäß dem Diagramm in Fig. 3 aufweist, läßt sich bereits durch Anordnung von 3 Schichten realisieren. Hierbei bestehen die Außenhaut bzw. die erste Schicht 18 und die dritte Schicht 20 als sogenannte Innenhaut aus einem dünnen Blech, das symmetrisch mit einer Schlitz struktur - wie nachfolgend noch beschrieben - durchbrochen ist. Die Blechdicke d ₁ ist sehr viel kleiner als die Wellenlänge λ _m der Frequenz f _m der Bordantenne. Zwischen Innenhaut 20 und Außenhaut 18 des Fensters 15 liegt eine Schicht 19 aus dielektrischem Material, das die beiden Bleche 18, 20 in einem Abstand d ₂ von einer Viertel-Wellen länge der Frequenz f _m der Bordantenne 14 fixiert. Für diese mittlere Schicht 19 ist ein möglichst verlustarmes Material zu verwenden. Unter Berücksichtigung der relativen Dielektrizitätskonstante ε _r des Materials ergibt sich die Dicke d ₂ der mittleren Schicht 19.

In der Fig. 5 ist die Schlitzstruktur der Bleche 18, 20 gezeigt. Diese Bleche sind mit einer periodischen Folge von H-förmigen Schlitzen 21, 22, 23, 24 durchbrochen, die jeweils ein sogenanntes Quartett bilden. Die benachbarten Schlitze sind um ihren Schwerpunkt jeweils um 90° verdreht und sie wiederholen sich in horizontaler Richtung im Abstand p _x und in vertikaler Richtung im Abstand p _y, jeweils von Schwerpunkt zu Schwerpunkt gerechnet. Sind gleiche Polarisationseigenschaften in orthogonalen Richtungen gefordert, so ist p _x=p _y zu dimensionieren. Jedes H-Schlitzelement 21-24 ist durch die Länge "l", die Höhe "h", die Längsbalkenbreite "d" und die Querbalkenbreite "b" gekennzeichnet.

Die Mittenfrequenz f _m der Bandfilterkurve 17 (Fig. 3) wird im wesent lichen durch die Länge von Längs- und Querbalken festgelegt. Die Band breite B _f wird im wesentlichen durch die Breite der Längs- und Quer balken bestimmt sowie durch den Abstand der H-Schlitze voneinander. Mit wachsender Schlitzbreite nimmt die Bandbreite ebenfalls zu. Mit wachsen dem Abstand der H-Schlitze nimmt die Bandbreite ab. Die Schlitzbreite und der Elementeabstand werden so gewählt, daß die Transmissionsverluste gering bleiben, d. h. der Leistungstransmissionsfaktor im Durchlaßbe reich des frequenzselektiven Fensters nahe "1" liegt. Durch das vorbe schriebene schmalbandige frequenzselektive Fenster 15 wird eine wesent liche Radarquerschnittsminderung der Antenne erzielt.

Claims

1. Verfahren zur Radartarnung von Hochgewinn-Antennen, insbesondere Bordradarantennen von Fluggeräten, mittels eines frequenzselektiven Fensters, wobei eine Bandpaßcharakteristik durch Schlitzelemente erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in das Antennenradom (Ra) oder in eine Ebene zwischen Bordantenne (14) und Radom (Ra) eine frequenzselek tive Struktur (Fenster 15) integriert wird, die eine Filtercharakteri stik (17) mit Bandpaßeigenschaften aufweist und so ausgelegt ist, daß der Leistungstransmissionsfaktor (T) im Nutzfrequenzbereich (B _n) der Antenne einen Wert nahe 1 annimmt und so die Antenne außerhalb dieses Bereichs gegen Fremdeinstrahlung schützt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandbreite (B _f) des frequenzselektiven Fensters (15), welche einen Leistungstransmissionsfaktor (T) von 0,5 aufweist, relativ klein ist, um den Radarrückstrahlquerschnitt der Antenne in ihrer Hauptstrahlrichtung zu verringern.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzselektive Struktur (Fenster 15) aus mehreren, mit Schlitzen (21-24) durchbrochenen, Metallschichten (18, 20) und aus dazwischen liegenden dielektrischen Schichten (19) besteht, die bei entsprechender Dimensionierung eine Bandpaßcharakteristik (17) aufweisen.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster mit der Bandfiltercharakteristik (17) aus drei Schichten (18, 19, 20) gebildet wird, wobei die Außenhaut (18) als 1. Schicht und die Innenhaut (20) als 2. Schicht aus dünnem Metallblech bestehen, welches mit einer Schlitzstruktur (21-24) durchbrochen ist und zwischen beiden Schichten (18, 20) eine 3. Schicht (19) aus einem verlustarmen, dielek trischen Material angeordnet ist, deren Stärke (d ₂) einer Viertel- Wellenlänge der Mittenfrequenz (f _m) der Bordantenne entspricht.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und dritte Metallblechschicht (18, 20) mit einer periodischen Folge von H-förmigen Schlitzen (21-24) durchbrochen ist, welche so angeordnet sind, daß jeweils ein Quartett gebildet wird, worin die zueinander benachbarten Schlitze um ihren Schwerpunkt um 90° verdreht sind.

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeich net, daß die Schlitze (21-24) sich in horizontaler Richtung in einem Abstand (p _x) von Schwerpunkt zu Schwerpunkt und in vertikaler Richtung in einem Abstand (p _y) wiederholen, wobei für gleiche Polarisationsei genschaften in orthogonalen Richtungen p _x=p _y zu dimensionieren ist.