DE3726309A1 - Radartarnung von fluggeraeteantennen - Google Patents
Radartarnung von fluggeraeteantennenInfo
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- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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- H01Q1/42—Housings not intimately mechanically associated with radiating elements, e.g. radome
- H01Q1/425—Housings not intimately mechanically associated with radiating elements, e.g. radome comprising a metallic grid
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- H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
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- H01Q15/0013—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices working as frequency-selective reflecting surfaces, e.g. FSS, dichroic plates, surfaces being partly transmissive and reflective
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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 (6)
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.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873726309 DE3726309A1 (de) | 1987-08-07 | 1987-08-07 | Radartarnung von fluggeraeteantennen |
FR8810582A FR2619255A1 (fr) | 1987-08-07 | 1988-08-04 | Procede et dispositif de dissimulation radar d'antennes, notamment d'antennes de bord d'appareils volants |
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Publication Number | Publication Date |
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Family
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FR (1) | FR2619255A1 (de) |
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