DE3840931B3

DE3840931B3 - Kombinierte IFF-Radar-Antenne

Info

Publication number: DE3840931B3
Application number: DE3840931A
Authority: DE
Inventors: Yves Campan
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1987-12-04
Filing date: 1988-12-05
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2008-12-06
Also published as: IT8868012A0; GB8828104D0; FR2880202A1

Abstract

Kombinierte Radar-IFF-Antenne mit einer Radarantenne (10), die eine aus einem Dipol oder mehreren Dipolen (11) gebildete IFF-Abfrageantenne aufweist, welche vor einer Reflektoroberfläche (1) der Radarantenne angeordnet ist, wobei die Radarantenne in einem Frequenzband arbeitet, das höher liegt als das Betriebsfrequenzband der IFF-Abfrageantenne, dadurch gekennzeichnet, daß der Dipol bzw. die Dipole (11) jeweils zwei Dipolzweige (4, 5) umfaßt bzw. umfassen, die symmetrisch gespeist werden und durch schraubenförmig aufgerollte Drähte (40, 50) gebildet sind, deren Steigung (S) und Schraubendurchmesser (D) ebenso wie der Drahtdurchmesser (d) so gewählt sind, daß die Störung vermindert wird, welche durch diese Dipole im Frequenzband des Radars verursacht wird, und daß die Länge (L') jedes dieser Dipole so bestimmt ist, daß die Anpassung der IFF-Antenne bei der Betriebsfrequenz des IFF-Systems gewahrt bleibt.

Description

Die Erfindung betrifft eine kombinierte IFF-Radar-Antenne nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Radarantennen werden oft mit einer Freund-/Feind-Abfrageantenne kombiniert, die bei einer niedrigen Frequenz (z.B. im L-Band) arbeitet, während das Radar bei höherer Frequenz arbeitet (z.B. im X-Band). Dies gilt insbesondere für Systeme, die in Fahrzeugen mitgeführt werden, worin nur ein begrenzter Raum zur Verfügung steht. Die Freund/Feind-Erkennungsantenne, im folgenden mit IFF-Antenne bezeichnet (Abkürzung für "Identification of Friend or Foe") besteht im allgemeinen aus einer Gruppe von Dipolen, die vor der Radarantenne angeordnet sind, wovon eine reflektierende Oberfläche ausgenutzt wird.
Die Verwendung von Dipolen im Strahlungsfeld der Radarantenne zieht aber Störungen der Strahlung aufgrund von Beugung eines Teils der abgestrahlten Energie durch die Dipole nach sich. Dies führt zum Auftreten von periodischen Zipfeln im Diagramm der Radarantenne und zu einem gewissen Verlust an Gewinn.

Aufgabe der Erfindung ist die Verwirklichung einer kombinierten IFF-Radar-Antenne, bei der die störenden Effekte bei Frequenzen oberhalb der Betriebsfrequenz dieser Antenne so klein wie möglich sind.

Durch die Erfindung wird eine kombinierte Radar-IFF-Antenne geschaffen, welche die eigentliche Radarantenne sowie eine IFF-Abfrageantenne enthält, die aus einem oder mehreren Dipolen besteht, welche vor einer reflektierenden Oberfläche angeordnet sind, die Bestandteil der Radarantenne ist, wobei das Radar in einem Frequenzband arbeitet, welches höher liegt als das Betriebsfrequenzband des IFF-Abfrageradars; die Antennenkombination ist dadurch gekennzeichnet, daß der Dipol bzw. die Dipole jeweils zwei symmetrisch gespeiste Zweige umfaßt bzw. umfassen, die durch schraubenförmig aufgerollte Drähte gebildet sind, deren Steigung und Durchmesser sowie Drahtdurchmesser so gewählt sind, daß die Störung vermindert wird, welche die Dipole im Frequenzband des Radars verursachen, und daß die Länge jedes der Dipole so bestimmt ist, daß die Anpassung der IFF-Abfrageantenne an die IFF-Betriebsfrequenz gewahrt bleibt.

Dipolantennen mit schraubenförmig aufgerollten Drähten sind an sich bereits aus der US 3 521 289 bekannt.

Die bei der erfindungsgemäßen Antenne erzielte Verminderung der Beugung führt zu einer sehr starken Reduzierung der Sekundärzipfel, die auf der Beugung beruhen, in der Größenordnung von 10 dB, und zur Unterdrückung jeglichen Einflusses auf den Gewinn der Radarantenne.

Die Dipole der IFF-Abfrageantenne werden so praktisch "unsichtbar" für die Radarantenne.

Einzelheiten einer Ausführungsform der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird.
In der Zeichnung zeigen:
1 schematisch eine kombinierte Radar-IFF-Antenne bekannter Art;
2 eine Vorderansicht dieser bekannten Antenne;
3 einen schraubenförmig aufgerollten Draht, um die verschiedenen Parameter dieser Schraubenform zu definieren; und
4 eine schematische Darstellung einer kombinierten Radar-IFF-Antenne nach der Erfindung.
Wie bereits erwähnt wurde, besteht eine IFF-Antenne im allgemeinen aus mehreren Dipolen, die im L-Band arbeiten. Diese Dipole befinden sich vor einer reflektierenden Oberfläche, die im Falle einer kombinierten Radar-IFF-Antenne aus irgendeiner ebenen Gruppenantenne des Radars wie eine flache, mit Schlitzen versehene Antenne oder aus der Oberfläche eines der Reflektoren bestehen kann, welche diese Antenne bilden, wenn es sich um eine Antenne vom "optischen Reflektortyp" handelt.
Die 1 zeigt einen Schnitt eines Teils einer bekannten kombinierten Antenne. Die Reflektorebene 1 wird von einer Speiseleitung 2 für jeden Dipol durchquert, z.B. eine Koaxialleitung. Diese Leitung speist symmetrisch, beispielsweise über ein Symmetrierglied 3, die Arme 4, 5 des Dipols. Dieses Symmetrierglied besteht beispielsweise aus einem Abschnitt einer Koaxialleitung, deren Außenleiter durch einen diametralen Schlitz der Länge λ/4 zweigeteilt ist, worin die Wellenlänge für die Betriebsfrequenz des IFF-Systems in Luft ist, während der Innenleiter an eine der Hälften des Außenleiters angeschlossen ist. Die Gesamtlänge L des Dipols ist ungefähr gleich λ/2, und der Dipol befindet sich im allgemeinen in einem Abstand λ/4 von der Reflektoroberfläche 1.
Die 2 zeigt dieselbe kombinierte Antenne in Vorderansicht. Die Radarantenne 10 umfaßt die Reflektoroberfläche 1 (1), vor welcher die Dipole 11 der Strahlergruppe angeordnet sind, woraus die IFF-Antenne gebildet ist. Wie bereits erläutert wurde, fangen die strahlenden Zweige der Dipole, welche sich vor der Radarantenne befinden, einen Teil der abgestrahlten Radarenergie auf und beugen sie. Die gebeugten Teilenergien werden im Raume rekombiniert, um ein System von periodischen Nebenzipfeln zu erzeugen, durch welche das Leistungsvermögen der Radarantenne beeinträchtigt wird, wobei ferner durch die Anwesenheit der Dipole ein Verlust an Antennengewinn eintritt. Dieser Verlust kann, je nach Anzahl von verwendeten Dipolen, einen beachtlichen Wert in der Größenordnung von 0,6 dB erreichen.
Um diesen Mängeln abzuhelfen, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, die Zweige jedes Dipols durch schraubenförmige Drähte zu ersetzen. Die 3 definiert die Parameter eines schraubenförmig aufgerollten Drahtes, nämlich seine Steigung S, den Durchmesser D der Schraube sowie den Durchmesser d des Drahtes.
Die 4 zeigt einen Teil einer kombinierten Radar-IFF-Antenne der in 1 gezeigten Art, jedoch in erfindungsgemäßer Abwandlung.
Man findet eine bestimmte Anzahl von Elementen, die mit 1 gemeinsam sind und gleiche Bezugszahlen tragen. Jeder Dipolzweig ist aus einem schraubenförmigen Draht 40, 50, gebildet, der in einer elektrischen Hülse 41, 51 angeordnet ist, um die mechanische Steifheit zu gewährleisten. Die Drähte können auch auf einem zylindrischen dielektrischen Kern aufgewickelt sein oder vollständig in das Dielektrikum eingebettet sein.
Im Falle einer Radarantenne, deren Polarisation parallel zur Richtung der Dipolzweige ist, wobei dann die Beugung besonders störend ist, hängt die Beugung von der Steigung der Schraube, vom Drahtdurchmesser, und, in geringerem Ausmaß, auch vom Durchmesser der Schraube sowie vom Durchmesser und der Dielektrizitätskonstante des Kerns ab.
Im Falle einer Radarantenne, deren Polarisation senkrecht zu den Dipolzweigen steht, wobei dann die Beugung wesentlich weniger stark ist, hängt diese Beugung überwiegend vom Durchmesser der Schraube sowie vom Durchmesser und der Dielektrizitätskonstante des Kerns ab.
Man erhält eine Verminderung der Beugung, die um so größer ist, desto kleiner die Steigung und der Durchmesser der Schraube sowie der Drahtdurchmesser sind. Diese Parameter werden so gewählt, daß sie klein gegenüber der Wellenlänge des Radars sind. Mit diesen leicht zu verwirklichenden Parametern erhält man eine Reduzierung der Beugung in der Größenordnung von 10 dB, wodurch die IFF-Antenne für das X-Band praktisch "unsichtbar" wird.
Im L-Band, also im Betriebsband des IFF-Systems, darf die Funktion der Antennendipole nicht verändert werden. Durch die Verwendung eines schraubenförmig aufgerollten Drahtes wird eine zusätzliche induktive Impedanzkomponente eingeführt. Auch die Verwendung eines dielektrischen Elementes, einer Hülse oder eines Kerns, verändert die Impedanz. Es muß also die Anpassung der IFF-Antenne an die Schaltungen des Abfragesystems angepaßt werden. Um diese Anpassung wiederherzustellen, wird die Länge der Dipolzweige variiert, so daß ihre Länge nicht etwa gleich λ/4 ist, sondern kleiner, wobei die Länge hauptsächlich von der Steigung der Schrauben abhängt.
Die endgültige Bestimmung der Gesamtheit von Parameterwerten für die IFF-Antenne erfolgt experimentell.
Beispielsweise erhält man für eine IFF-Antenne der in 4 gezeigten Art und im Band L die Anpassung für eine Gesamtlänge des Dipols L' in der Größenordnung von 0,35 λ. Diese Länge, also die abgewickelte Drahtlänge, kann leicht in Abhängigkeit von der gewählten Schraubensteigung und der Dielektrizitätskonstante des Kerns oder der Hülse verändert werden, um die Anpassung zu bewahren. Die Ersetzung eines geradlinigen Dipolzweiges durch einen schraubenförmigen Draht für jeden Dipol bleibt praktisch ohne Einfluß auf das Leistungsvermögen der IFF-Antenne.
Zwar ist die Anwendung auf eine kombinierte Radar-IFF-Antenne besonders vorteilhaft, jedoch ist die Erfindung auf alle Fälle anwendbar, bei denen das Vorhandensein einer Antenne für niedrigere Frequenzen die Funktion von auf höherer Frequenz arbeitenden Systemen stören kann. Dies kann beispielsweise auch an Bord von Schiffen der Fall sein, wenn innerhalb eines kleinen Volumens mehrere Antennensysteme untergebracht werden, die auf verschiedenen Frequenzen arbeiten (VHF-Verbindungen, Bordradar usw.).

Claims

Kombinierte Radar-IFF-Antenne mit einer Radarantenne (10), die eine aus einem Dipol oder mehreren Dipolen (11) gebildete IFF-Abfrageantenne aufweist, welche vor einer Reflektoroberfläche (1) der Radarantenne angeordnet ist, wobei die Radarantenne in einem Frequenzband arbeitet, das höher liegt als das Betriebsfrequenzband der IFF-Abfrageantenne, dadurch gekennzeichnet, daß der Dipol bzw. die Dipole (11) jeweils zwei Dipolzweige (4, 5) umfaßt bzw. umfassen, die symmetrisch gespeist werden und durch schraubenförmig aufgerollte Drähte (40, 50) gebildet sind, deren Steigung (S) und Schraubendurchmesser (D) ebenso wie der Drahtdurchmesser (d) so gewählt sind, daß die Störung vermindert wird, welche durch diese Dipole im Frequenzband des Radars verursacht wird, und daß die Länge (L') jedes dieser Dipole so bestimmt ist, daß die Anpassung der IFF-Antenne bei der Betriebsfrequenz des IFF-Systems gewahrt bleibt.
Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweige (40, 50) jedes Dipols durch einen schraubenförmig im Inneren einer dielektrischen Hülse (41, 51) aufgerollten Draht gebildet sind, wobei diese Hülse die mechanische Steifigkeit gewährleistet, und daß die Länge (L') des Dipols in Abhängigkeit von den Parametern der Schraube, der Dielektrizitätskonstante und vom Durchmesser der Hülse so bestimmt ist, daß die Anpassung der IFF-Antenne bei ihrer Betriebsfrequenz gewahrt bleibt.
Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweige (40, 50) jedes Dipols durch einen schraubenförmig auf einem zylindrischen Kern aufgerollten Draht gebildet sind, wobei dieser Kern die mechanische Steifigkeit gewährleistet, und daß die Länge (L') des Dipols in Abhängigkeit von den Parametern der Schraube und der Dielektrizitätskonstante sowie vom Durchmesser des Kerns so bestimmt ist, daß die Anpassung der IFF-Antenne bei ihrer Betriebsfrequenz gewahrt bleibt.
Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung und der Durchmesser der Schraube, welche die Dipolzweige bilden, sowie der Durchmesser des verwendeten Drahtes klein gegenüber der Wellenlänge bei der Betriebsfrequenz des Radars gewählt sind.