EP0027643A1 - Einem mit Radar arbeitenden Ziel nachführbare Störsender-Richtantennenanordnung - Google Patents

Einem mit Radar arbeitenden Ziel nachführbare Störsender-Richtantennenanordnung Download PDF

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EP0027643A1
EP0027643A1 EP80106313A EP80106313A EP0027643A1 EP 0027643 A1 EP0027643 A1 EP 0027643A1 EP 80106313 A EP80106313 A EP 80106313A EP 80106313 A EP80106313 A EP 80106313A EP 0027643 A1 EP0027643 A1 EP 0027643A1
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EP
European Patent Office
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antenna
protection
antenna arrangement
arrangement according
plane
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Anton Dipl.-Ing. Brunner
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Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • H01Q25/005—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns providing two patterns of opposite direction; back to back antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/12—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical relative movement between primary active elements and secondary devices of antennas or antenna systems
    • H01Q3/16—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical relative movement between primary active elements and secondary devices of antennas or antenna systems for varying relative position of primary active element and a reflecting device
    • H01Q3/20—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical relative movement between primary active elements and secondary devices of antennas or antenna systems for varying relative position of primary active element and a reflecting device wherein the primary active element is fixed and the reflecting device is movable
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/24—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the orientation by switching energy from one active radiating element to another, e.g. for beam switching

Definitions

  • the invention relates to an antenna arrangement for an interferer, which is intended to protect both a distant object (external protection) and itself or an object located directly in its vicinity (self-protection).
  • Such an interfering antenna arrangement is intended to emit interference radiation from the ground or from the ship against aircraft flying at a constant height, or from the aircraft against objects on the ground or on the water, in such a way that the same interference effect is achieved regardless of the distance and that this is possible both for self-protection and for external protection.
  • interference antennas In order to achieve an optimal interference effect at the reception location, interference antennas often have a pencil-shaped radiation beam. However, this results in the difficulty of alignment and tracking on two levels, for example in the.horizonta len and in the vertical plane.
  • the counterpart with the lowest antenna expenditure is an omnidirectional radiator, the disadvantage of which, however, is the low antenna gain and the ease of detection.
  • the object of the invention is, on the one hand, to reduce the effort required for pencil-shaped bundling and, on the other hand, to avoid the disadvantages of the unbundled antenna arrangement.
  • the antenna arrangement should be simple, small, light and can be swiveled quickly so that it can be used universally and can be directed at different objects in a rapidly changing manner.
  • this object is achieved in that a separate antenna is provided for the external protection and for the self-protection in each case, that the two antennas in a first plane a sharp g ebündeltes radiation pattern and in a second plane which is perpendicular to the first plane, a have radiation pattern optimized for external protection or self-protection and that the two antennas, between which it is possible to switch, are structurally combined and rotatable together in the first level.
  • Another solution of the problem consists in the fact that for the external protection and for-the self-protection one - is provided antenna g in a first plane a sharply collimated Strahlun sdiagramm and, in a second plane which is perpendicular to the first plane a Radiation diagram generated, which is not optimized for third-party or intrinsic protection, but has a common diagram form for the two types of protection, and that the antenna is tiltable in the second level, so that its main beam direction in one case with a 'third-party protection cheapest rich device (smaller elevation angle) and in the other case agrees with a direction which is most favorable for self-protection (larger elevation angle), that the antenna is rotatable in the first plane and that a device for switching between external and self-protection is provided, the control of which together the antenna tilt control takes place. Since this solution only emphasizes the rough diagram form, the antenna arrangement can be designed more easily than in the first solution. However, the optimum ranges over the entire elevation angle range are then also
  • An antenna arrangement designed according to the invention thus only needs to be tracked in one plane, namely in the first plane. It therefore only needs to be movable on this level and is appropriately instructed by a reconnaissance system. In the plane perpendicular to this, their radiation pattern covers a large elevation angle range - depending on which of the antennas is switched on. with the external protection or self-protection effect. Due to the antenna arrangement designed according to the invention, the interferer can be adapted to the respective threat situation and it is possible to quickly switch back and forth between several objects.
  • the first level is the horizontal level, i.e. H. the azimuth plane, and the second plane the vertical plane, d. H. the elevation level. It is then tracked in the horizontal plane, whereas the suitably shaped, broader radiation diagram is used in the elevation plane, by means of which the elevation angle range that is in question for external or internal protection is covered.
  • an antenna tracking is carried out and a suitably shaped, broader radiation pattern is used in the elevation plane, by which the elevation angle range in question is covered.
  • the optimal shaping of the radiation diagram in this elevation angle range assuming a constant flight altitude or an interference effect up to a certain altitude depends on the task of the interferer.
  • the well-known Kosekans-squared law should be aimed for.
  • the line of constant flight altitude can be regarded as a relative field strength diagram of the interfering antenna.
  • This law also applies if interferer 1 is on board a flying object and is intended to disrupt target 3 on the ground.
  • the representation of Fig. 1 is then only to be turned upside down.
  • the disturber 1 is at height H.
  • the graph G F ( ⁇ ) with the most distant target then coincides with the ground.
  • FIG. 2 serves to explain the self-protection, the horizontal distance a also being plotted on the abscissa and the flight height h plotted on the ordinate.
  • the interferer 4 is intended to protect itself or an object located directly in its vicinity, there are completely different conditions than in the case of external protection according to FIG. 1. That on board the goat. 5 radar located, it is assumed that the system at the interferer 4 detects and receives a net power dependent on the retroreflective cross section of the system. This net power depends on the function from the distance r.
  • the angular range in the vicinity of the zenith or nadir in the case of an on-board disturbance therefore requires the greatest amount of energy, but is unimportant here because of the shortness of the overflight phase and because of the limited ability to act. It is therefore favorable to only follow the semicircular shape in the coverage diagram up to a medium elevation angle and then to have the radiation diagram broken off. For the elevation angles near the ground in the lowest part of the semicircle, however, the diagram level should be raised somewhat to compensate for ground disturbances.
  • the optimal radiation diagram types for interferers shown in FIG. 3 then arise for the two cases of external and internal protection.
  • the optimal radiation diagram for external protection is 7 and the optimum Radiation diagram for self-protection designated 8.
  • FIG. 4 The relationship between the optimal self-protection diagrams and different approach heights is shown in FIG. 4. Due to the shorter distance at low approach heights, more interference power is required. The diagram shape and thus the antenna design remains unaffected. The critical angle is labeled ⁇ and the maximum distance E. In contrast, the form of the diagram in the case of external interference due to the maximum range depends on the flight altitude and is determined by the relationship between the detection altitude and the range. This also affects the antenna design.
  • a double-curved reflector makes it easy to implement a radiation diagram formed in the vertical plane.
  • the different radiation diagrams of FIG. 3 can only be generated by different antennas or reflectors. If an interferer had to perform only one of the two tasks, ie either internal or external protection, it would be sufficient to select a suitable arrangement. If, on the other hand, the interferer is to protect himself or another object depending on the threat, this can be done by a combination of two antennas, which is possible in a compact manner, especially in the X / Ku band frequency range. There are various expedient possibilities for this, which are shown in FIGS. 5 to 8. Applying the principle of the rotating reflector and fixed radiator, a compact arrangement of the two reflectors leads to an antenna design according to FIG. 5.
  • the two primary radiators of the two antennas are designed as fixed horn radiators 9 and 10.
  • the two reflectors 11 and 12 are arranged essentially obliquely one above the other, but rotatably back to back about a common, vertically extending axis 13.
  • the Both reflectors 11 and 12 are combined in a packet-like manner with a holder 14 and are stored in a bearing 15 without inertia, if possible, in order to enable short turning and setting times.
  • the two feed lines 16 and 17, like the two horns 9 and 10, are fixed, the feed line 17 for the upper horn 10 being brought up on the outside. This results in slight shadowing, which, however, does not significantly affect the radiation diagrams.
  • the lower antenna which consists of the horn 9 and the rotating reflector 11, serves as an external protection antenna, while the antenna arranged at the top, which is composed of the horn 10 and the rotating reflector 12, is provided for self-protection.
  • the entire antenna is covered by a likewise fixed radome 18, for example made of a low-loss integral polyurethane foam, to which the feed line 17 for the upper horn 10 can be attached.
  • circularly polarized horns are used in an advantageous manner, for which frequency bandwidths up to an octave can be achieved.
  • the larger bandwidth of the linearly polarized horn radiators, which are fed by ridge waveguides, would lead to a direction-dependent linear polarization due to a rotating full metal reflector.
  • FIG. 6 Another embodiment of an antenna arrangement for external and internal protection according to the invention is shown in FIG. 6.
  • the primary emitter namely the horn emitter 19
  • the other horn emitter 20 together with the two reflectors 21 and 22, which are arranged obliquely one above the other but back to back, is rotatably mounted about a common, vertical axis.
  • the feed line 23 to the upper horn 20 thus rotates with the two reflectors 21 and 22 and is connected to the jammer via a rotary coupling 24.
  • shading by a feed line no longer occurs and any polarization, e.g. B.
  • a linear polarization with 45 ° can also be selected.
  • the antenna consisting of the fixed horn 19 and the rotating reflector 21 is used for external protection and the upper antenna consisting of the rotating horn 20 and the co-rotating reflector 22 is used for self-protection.
  • the entire antenna is covered by a radome 25 for protection reasons.
  • the reflectors of the two antennas are arranged back to back, as a result of which the main beam directions of the two antennas are offset from one another by 180 ° in azimuth. However, this is irrelevant for the different tasks of the two antennas.
  • FIG. 7 Another possible embodiment for an antenna for external and internal protection according to the invention is shown in FIG. 7.
  • the two antennas are arranged side by side in such a way that the two reflectors 26 and 27 are approximately at a height and back to back to each other.
  • Both reflectors 26 and 27 are mounted rotatably about a common vertical axis together with the two primary emitters assigned to them in the form of horn emitters 28 and 29.
  • a rotary coupling 30 is provided to Electrical connection to the rotatably mounted horns 28 and 29, a rotary coupling 30 is provided.
  • the switch 31 for switching between external and internal protection is located between the single-channel rotary coupling 30 and the feed lines 32 and 33 to the two horn radiators 28 and 29.
  • the rotary base for the entire antenna is designated by 34 .
  • the polarization can be chosen arbitrarily for the two antennas arranged next to one another, but is preferably linear 45 °. Although the arrangement requires a larger overall diameter than the arrangements according to FIGS. 5 and 6, it is smaller.
  • This antenna is also covered with a radiation-permeable radome 36.
  • a common azimuthal main beam direction of the two antennas is achieved if these are arranged one above the other in accordance with the arrangement according to FIG.
  • the two reflectors 36 and 37 are mounted one above the other on a common holder 38 and are acted upon by two horns 39 and 40, respectively. Both reflectors 36 and 37 are mounted rotatably about a common vertical axis together with the two horn radiators 39 and 40 assigned to them.
  • a rotary coupling 41 is provided for the electrical connection to the rotatably mounted horns 39 and 40.
  • the switch 42 for switching between foreign -. Is located and self-protection, as well as in the arrangement of Figure 7, between the one channel formed rotary coupling 41 and the Zu effet.43 and 44 to the two primary radiators 39 and 40.
  • the polarization can be used for both Antennas can be chosen arbitrarily, but is preferably linear and is 45 °. 8 is higher than that of FIG. 7, but requires a smaller diameter. It is surrounded by a radiation-permeable radome 45.
  • FIGS. 7 and 8 can in principle be expanded by additional emitters on both sides of the existing horn emitters, so that they enable radar operation with monopulse reception for azimuth tracking.
  • the frequency bandwidth must be narrowed and the antenna dimension increased if necessary.
  • a less complex antenna design can be realized if only the rough diagram form is important.
  • only one antenna which consists of a reflector and a primary radiator and is designed to be tiltable, is used.
  • the vertical diagrams for external and internal protection no longer show the different forms shown in FIG. 3, but a common middle diagram form.
  • the two different main beam directions of the antenna are set by tilting them.
  • the optimal ranges over the entire elevation angle range are no longer achieved.
  • the interfering antenna combination For the use of the interfering antenna combination according to the invention, it is assumed that a radar or reconnaissance device is available which determines the azimuth angle of the object to be interfered with. Since in most cases these devices only carry out a target location in azimuth, an interference antenna combination that also only tracks in azimuth works optimally with it.
  • the instruction and target tracking of the interfering antenna is controlled by the radar or reconnaissance device. To disrupt several objects, the interfering antenna can be adjusted from one object to the other by a rapid rotary movement.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antennenanordnung für einen Störer, der sowohl ein entferntes Objekt (Fremdschutz) als auch sich selbst oder ein unmittelbar in seiner Nähe befindliches Objekt (Eigenschutz) schützen soll. Bekannte Störerantennen für diesen Zweck geben entweder einen Bleistiftstrahl (pencil beam) ab, was jedoch erhebliche Probleme bei der Ausrichtung und Nachführung in zwei Ebenen mit sich bringt, oder sind als Rundstrahler ausgebildet, was jedoch mit einem niedrigen Antennengewinn und einer leichten Entdeckbarkeit verbunden ist. Diese Schwierigkeiten werden nach der Erfindung dadurch vermieden, daß für den Fremd- und für den Eigenschutz jeweils eine eigene Antenne vorgesehen ist, die in einer ersten Ebene ein scharf gebündeltes Diagramm und in einer dazu senkrechten Ebene ein auf Fremd- bzw. Eigenschutz optimiertes Strahlungsdiagramm (7,8) erzeugen. Die beiden Antennen, zwischen denen umgeschaltet werden kann, sind baulich kombiniert und in der ersten Ebene gemeinsam drehbar ausgebildet. Es kann auch eine einzige Antenne vorgesehen sein, die zwischen zwei Stellungen, nämlich für Fremd- bzw. für Eigenschutz, kippbar ausgebildet und anstelle von zwei getrennt optimierten Diagrammen ein einziges mittleres Diagramm aussendet. Besonders geeignet ist die Antennenanordnung nach der Erfindung für Kleinstörer.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Antennenanordnung für einen Störer, der sowohl ein entferntes Objekt (Fremdschutz) als auch sich selbst oder ein unmittelbar in seiner Nähe'befindliches Objekt (Eigenschutz) schützen soll.
  • Eine solche Störerantennenanordnung soll vom Boden oder vom Schiff aus gegen Flugzeuge, die in konstanter Höhe fliegen, oder vom Flugzeug aus gegen Objekte auf dem Boden oder auf dem Wasser eine Störstrahlung abstrahlen und zwar in der Weise, daß unabhängig von der Entfernung dieselbe Störwirkung erzielt wird und daß dies sowohl für den Eigenschutzfall als auch für den Fremdschutzfall möglich ist.
  • Zur Erzielung einer optimalen Störwirkung am Empfangsort weisen Störantennen häufig eine bleistiftförmige Strahlungsbündelung (pencil beam) auf. Dabei ergibt sich allerdings die Schwierigkeit der Ausrichtung und Nachführung in zwei Ebenen, beispielsweise in der.horizontalen und in der vertikalen Ebene. Das Gegenstück mit dem geringsten Antennenaufwand stellt ein Rundstrahler dar, dessen Nachteil jedoch in dem niedrigen Antennengewinn und in der leichten Entdeckbarkeit liegt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, zum einen den Aufwand, der bei der bleistiftförmigen Bündelung nötig ist, zu vermindern und zum anderen die Nachteile der ungebündelten Antennenanordnung zu vermeiden. Die Antennenanordnung soll einfach, klein, leicht und schnell schwenkbar ausgebildet werden können, damit sie universell verwendbar und rasch wechselnd auf verschiedene Objekte gerichtet werden kann.
  • Gemäß der. Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß für den Fremdschutz und für den Eigenschutz jeweils eine eigene Antenne vorgesehen ist, daß die beiden Antennen in einer ersten Ebene ein scharf gebündeltes Strahlungsdiagramm und in einer zweiten Ebene, die auf der ersten Ebene senkrecht steht, ein auf Fremdschutz bzw. Eigenschutz optimiertes Strahlungsdiagramm aufweisen und daß die beiden Antennen, zwischen denen umgeschaltet werden kann, baulich kombiniert und in der ersten Ebene gemeinsam drehbar ausgebildet sind.
  • Eine andere Lösung der Aufgabe besteht darin, daß für den Fremdschutz und für-den Eigenschutz eine einzige - Antenne vorgesehen ist, die in einer ersten Ebene ein scharf gebündeltes Strahlungsdiagramm und in einer zweiten Ebene, die auf der ersten Ebene senkrecht steht, ein Strahlungsdiagramm erzeugt, das zwar nicht auf Fremd- bzw. Eigenschutz optimiert ist, aber eine für die beiden Schutzarten gemeinsame mittlere Diagrammform aufweist, und daß die Antenne in der zweiten Ebene kippbar ausgebildet ist, so daß ihre Haüptstrahlrichtung in einem Fall mit einer für'Fremdschutz günstigsten Richtung (kleinerer Erhebungswinkel) und im anderen Fall mit einer für den Eigenschutz günstigsten Richtung (größerer Erhebungswinkel) übereinstimmt, daß die Antenne in der ersten Ebene drehbar ausgebildet ist und daß eine Einrichtung zum Umschalten zwischen Fremd- und Eigenschutz vorgesehen ist, deren Steuerung gemeinsam mit der Antennenkippsteuerung erfolgt. Da bei dieser Lösung nur auf die grobe Diagrammform Wert gelegt wird, läßt sich die Antennenanordnung einfacher als bei der ersten Lösung ausbilden. Es werden dann allerdings auch nicht die optimalen Reichweiten über den ganzen Erhebungswinkelbereich erreicht.
  • Eine nach der Erfindung ausgebildete Antennenanordnung braucht somit nur in einer Ebene, nämlich in der ersten Ebene nachgeführt werden. Sie braucht deswegen auch nur in dieser Ebene beweglich sein und wird zweckmäßig durch eine Aufklärungsanlage eingewiesen. In der dazu senkrechten Ebene überdeckt ihr Strahlungsdiagramm einen großen Erhebungswinkelbereich - je nach dem,welche der Antennen eingeschaltet ist -. mit der Fremdschutz- bzw. Eigenschutzwirkung. Durch die nach der Erfindung ausgebildete Antennenanordnung läßt sich der Störer der jeweils vorliegenden Bedrohungslage anpassen und es kann zwischen mehreren Objekten schnell hin- und hergewechselt werden.
  • Normalerweise ist die erste Ebene die Horzontalebene, d. h. die Azimutebene, und die zweite Ebene die Vertikalebene, d. h. die Elevationsebene. Es wird dann in der horizontalen Ebene nachgeführt, wogegen in der Elevationsebene das geeignet geformte, breitere Strahlungsdiagramm verwendet wird, durch welches der jeweils für den Fremd- bzw. Eigenschutz in Frage kommende Erhebungswinkelbereich überdeckt wird.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand von acht Figuren näher erlutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 eine Darstellung zum Verständnis der Bildung des optimalen Fremdschutz-Strahlungsdiagramms,
    • Fig. 2 eine Darstellung zum Verständnis der Bildung eines optimalen Eigenschutz-Strahlungsdiagramms,
    • Fig. 3 optimale Störerantennen-Vertikalstrahlungsdiagramme für Fremdschutz und Eigenschutz,
    • Fig. 4 Eigenschutzdiagramme -für unterschiedliche Flughöhen,
    • Fig. 5 bis 8 Ausführungsbeispiele von verschiedenen Störer-Antennenanordnungen für Fremd- und Eigenschutz.
  • Wie bereits vorstehend beschrieben, wird nur in einer Ebene, z. B. der horizontalen Ebene, eine Antennennachführung vorgenommen und in der Elevationsebene ein geeignet geformtes breiteres Strahlungsdiagramm verwendet, durch welches der in Frage kommende Erhebungswinkelbereich überdeckt wird. Die optimale Formgebung des Strahlungsdiagramms in diesem Erhebungswinkelbereich unter der Annahme einer konstanten Flughöhe oder eine Störwirkung bis zu einer bestimmten Höhe, hängt von der Aufgabe des Störers ab.
  • Zur Erklärung des Fremdschutzes dient Fig. 1, in der an der Abszisse die Horizontalentfernung a und an der Ordinate die Flughöhe h aufgetragen ist. Soll ein Störer 1 ein fremdes Objekt 2 schützen, kommt es darauf an, daß ein Ziel 3 unabhängig von der Entfernung r (θ) zum Störer 1 mit einer Bestimmten Störleistung beaufschlagt wird. Nimmt man an, daß das feindliche Ziel 3 in einer konstanten Höhe H fliegt und vom Boden oder vom Schiff aus gestört werden soll, so muß die abgestrahlte Störleistung GF(θ) mit der Entfernung um r2(g) zwischen dem Störer 1 und dem Ziel 3 wachsen, damit am.
  • Zielort eine gleichbleibende Störleistung ankommt. Es gilt dann folgender Zusammenhang:
    Figure imgb0001
  • Aus der Geometrie von Fig. 1 folgt:
    Figure imgb0002
    Da.die Flughöhe H konstant ist, ergibt sich
    Figure imgb0003
  • Für Fremdschutz ohne eine vertikale Nachführung ist also das bekannte Kosekans-Quadrat-Gesetz anzustreben. In der Bedeckungsdiagramm-Darstellung von Fig. 1, welche wegen der linearen Abnahme der Feldstärke mit der Entfernung einer polaren Feldstärkedarstellung entspricht, kann die Linie konstanter Flughöhe als relatives Feldstärkediagramm der Störantenne betrachtet werden. Dieses Gesetz gilt ebenso, wenn sich der Störer 1 an Bord eines Flugobjekts befindet und ein Ziel 3 am Boden stören soll. Die Darstellung von Fig. 1 ist dann nur auf den Kopf zu stellen. Der Störer 1 befindet sich in der Höhe H. Der Diagrammverlauf GF(θ) mit dem am weitesten entfernten Ziel fällt dann mit dem Boden zusammen.
  • Zur Erläuterung des Eigenschutzes dient die Darstellung in Fig. 2, wobei an der Abszisse ebenfalls die Horizontalentfernung a und an der Ordinate die Flughöhe h .aufgetragen ist. Für den Fall, daß der Störer 4 sich selbst bzw. ein unmittelbar in seiner Nähe befindliches Objekt schützen soll, liegen gänzlich andere Verhältnisse als beim Fremdschutz nach Fig. 1 vor. Das an Bord des Zie- . les 5 befindliche Radar habe, so wird vorausgesetzt, die Anlage am Störer 4 erfaßt und empfängt eine vom Rückstrahlquerschnitt der Anlage abhängige Nutzleistung N. Diese Nutzleistung hängt nach der Funktion
    Figure imgb0004
    von der Entfernung r ab.
  • Eine wirksame Störung muß unabhängig von der Entfernung r arbeiten, d. h. das Verhältnis Störleistung S zu Nutzleistung N darf nicht von r(θ) abhängen. Die am 'Ziel ankommende Störleistung ergibt sich aus der von der Störantenne abgestrahltung Leistung GE(θ) nach der Gleichung
    Figure imgb0005
  • Aus den Gleichungen (4) und (5) folgt
  • Figure imgb0006
    Soll
    Figure imgb0007
    unabhängig von r(θ) sein, so gilt:
    Figure imgb0008
  • Nach der Gleichung (2) ergibt sich
    Figure imgb0009
    In der Bedeckungsdiagrammdarstellung von Fig. 2 ergibt sich das relative Feldstärkediagramm GE(θ) der Störantenne (4) als Halbkreis 6.
  • Der Winkelbereich in der Nähe des Zenits bzw. Nadirs im Falle eines Bordstörers erfordert demnach den größten Energieanteil, ist jedoch wegen der Kürze der Überflugphase und wegen der beschränkten Handlungsfähigkeit an dieser Stelle unwichtig. Es ist deshalb günstig, die Halbkreisform im Bedeckungsdiagramm nur bis zu einem mittleren Erhebungswinkel zu verfolgen und das Strahlungsdiagramm dann abbrechen zu lassen. Für die bodennahen Erhebungswinkel im untersten Teil des Halbkreises sollte dagegen zum Ausgleich von Bodenstörungen der Diagrammpegel etwas angehoben werden.
  • Für die beiden Fälle des Fremd- und Eigenschutzes entstehen dann die in Fig. 3 dargestellten optimalen Strahlungsdiagrammtypen für Störer. Dabei ist das optimale Strahlungsdiagramm für Fremdschutz mit 7 und das optimale Strahlungsdiagramm für Eigenschutz mit 8 bezeichnet.
  • Der Zusammenhang zwischen den optimalen Eigenschutzdiagrammen und unterschiedlichen Anflughöhen geht aus Fig. 4 hervor. Entsprechend der geringeren Entfernung bei niedriger Anflughöhe ist mehr Störerleistung notwendig. Die Diagrammform und damit die Antennengestaltung bleibt davon unbeeinflußt. Der Grenzwinkel ist mit α und die maximale Entfernung mit E bezeichnet. Dagegen ist die Diagrammform bei Fremdstörung durch die maximale Reichweite abhängig von der Flughöhe und bestimmt durch das Verhältnis Erfassungshöhe: Reichweite. Dies beeinflußt auch die Antennengestaltung.
  • Eine einfache Realisierung eines in der vertikalen Ebene geformten Strahlungsdiagrammes erfolgt durch einen doppelt gekrümmten Reflektor. Die unterschiedlichen Strahlungsdiagramme von Fig. 3 können nur durch unterschiedliche Antennen bzw. Reflektoren erzeugt werden. Hätte ein Störer nur eine der beiden Aufgaben, d. h. entweder Eigen- oder Fremdschutz, zu erfüllen, so würde es genügen, eine dazu passende Anordnung auszuwählen. Soll der Störer dagegen je nach Bedrohung sich selbst oder ein anderes Objekt schützen, so kann dies durch eine Kombination von zwei Antenne erfolgen, die besonders im Frequenzbereich X/Ku-Band in kompakter Weise möglich ist. Dazu gibt es verschiedene zweckmäßige Möglichkeiten, die in den Fig. 5 bis 8 dargestellt sind. Wendet man das Prinzip des rotierenden Reflektors und feststehenden Strahlers an, so kommt man bei einer kompßakten Anordnung der beiden Reflektoren zu einer Antennenausführung nach Fig. 5. Hierbei sind die beiden Primärstrahler der beiden Antennen als feststehende Hornstrahler 9 und 10 ausgebildet. Die beiden Reflektoren 11 und 12 sind im wesentlichen schräg übereinander, aber zueinander Rücken an Rückden drehbar um eine gemeinsame, vertikal verlaufende Achse 13 angeordnet. Die beiden Reflektoren 11 und 12 sind mit einer Halterung 14 paketartig vereinigt und möglichst.trägheitsfrei in einer Lagerung 15 gelagert, um kurze Dreh- und Einstellzeiten zu ermöglichen. Die beiden Speiseleitungen 16 und 17 sind genauso wie die beiden Hornstrahler 9 und 10 feststehend, wobei die Speiseleitung 17 für den oberen Hornstrahler 10 außen hochgeführt wird. Dadurch entstehen zwar geringe Abschattungen, welche jedoch die Strahlungsdiagramme nicht wesentlich beeinflussen. Die untere Antenne, die aus dem Hornstrahler 9 und dem rotierenden Reflektor 11 besteht, dient, als Fremdschutz-Antenne, während die oben angeordnete Antenne, welche aus dem Hornstrahler 10 und dem rotierenden Reflektor 12 zusammengesetzt ist, zum Eigenschutz vorgesehen ist. Die gesamte Antenne wird von einem ebenfalls feststehenden Radom 18, beispielsweise aus einem verlustarmen Polyurethan-Integralschaum, abgedeckt, an welchem die Speiseleitung 17 für den oberen Hornstrahler 10 befestigt sein kann.
  • Zur Vermeidung einer richtungsabhängigen Polarisation werden für die feststehenden Strahler zweckmäßig solche mit zirkularer Polarisation ausgewählt. Die naheliegende Anwendung von Spiralantennen wird in vielen Fällen wegen der begrenzten Leistung nicht möglich sein. Deshalb werden in vorteilhafter Weise zirkularpolarisierte Hornstrahler verwendet, für die Frequenzbandbreiten bis zu einer Oktave zu erreichen sind. Die größere Bandbreite der linearpolarisierten Hornstrahler, welche von Steghohlleitern gespeist werden, würde durch einen rotierenden Vollmetallreflektor zu einer richtungsabhängigen linearen Polarisations führen.
  • Eine andere Ausführungsmöglichkeit einer Antennenanordnung für Fremd- und Eigenschutz nach der Erfindung zeigt die Fig. 6. Hierbei ist nur einer der beiden Primärstrahler, nämlich der Hornstrahler 19 feststehend, während der andere Hornstrahler 20 zusammen mit den beiden Reflektoren 21 und 22, die schräg übereinander, aber zueinander Rücken an Rücken angeordnet sind, drehbar um eine gemeinsame, vertikal verlaufende Achse gelagert ist. Die Speiseleitung 23 zum oberen Hohrnstrahler 20 dreht sich somit mit den beiden Reflektoren 21 und 22 mit und wird über eine Drehkupplung 24 mit dem Störsender verbunden. Bei dieser Antennenanordnung tritt keine Abschattung durch eine Speiseleitung mehr auf und für die obere, insgesamt drehende Antenne kann eine beliebige Polarisation, z. B. auch eine lineare Polarisation mit 45° gewählt werden. Bei der Antenne nach Fig. 6 dient die aus dem feststehenden Hornstrahler 19 und dem rotierenden Reflektor 21 bestehende Antenne zum Fremdschutz und die aus dem rotierenden Hornstrahler 20 und dem mitrotierenden Reflektor 22 bestehende obere Antenne zum Eigenschutz. Auch bei der Anordnung nach Fig- 6 ist aus Schutzgründen die gesamte Antenne durch ein Radom 25 abgedeckt.
  • Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 5 und 6 sind die Reflektoren der beiden Antennen Rücken an Rücken angeordnet, wodurch die Hauptstrahlrichtungen der beiden Antennen im Azimut zueinander um 180° versetzt sind. Dies ist jedoch bei den unterschiedlichen Aufgaben der beiden Antennen unerheblich.
  • Eine weitere Ausführungsmöglichkeit für eine Antennenancrdnung zum Fremd- und Eigenschutz nach der Erfindung ist in Fig. 7 dargestellt. Hierbei sind die beiden Antennen derart nebeneinander angeordnet, daß die beiden Reflektoren 26 und 27 etwa in einer Höhe und Rücken an Rücken zueinander liegen. Beide Reflektoren 26 und 27 sind zusammen mit den zwei ihnen zugeordneten Primärstrahlern in Form von Hornstrahlern 28 und 29 drehbar um eine gemeinsame vertikale Achse gelagert. Zur elektrischen Verbindung zu den drehbar gelagerten Hornstrahlern 28 und 29 ist eine Drehkupplung 30 vorgesehen. Der Schalter 31 zum Umschalten zwischen Fremd- und Eigenschutz liegt im Gegensatz zur Anordnung nach Fig. 6 .zwischen der einkanalig ausgebildeten Drehkupplung 30 und den Zuleitungen 32 und 33 zu den beiden Hornstrahlern 28 und 29. Die Drehbasis für die gesamte Antenne ist mit 34 bezeichnet. Die Polarisation kann für die beiden nebeneinander angeordneten Antennen beliebig gewählt werden, ist jedoch vorzugsweise linear 45°. Die Anordnung benötigt zwar einen größeren Gesamtdurchmesser als die Anordnungen nach Fig. 5 und 6, ist jedoch niedriger. Auch diese Antenne ist mit einem strahlungsdurchlässigen Radom 36 überdeckt.
  • Eine gemeinsame azimutale Hauptstrahlrichtungder beiden Antennen wird erzielt, wenn diese entsprechend der Anordnung nach Fig. 8 übereinander angebracht werden. Die beiden Reflektoren 36 und 37 sind übereinander an einer gemeinsamen Halterung 38 angebracht und werden von zwei Hornstrahlern 39 bzw. 40 beaufschlagt. Beide Reflektoren 36 und 37 sind zusammen mit den zwei ihnen zugeordneten Hornstrahlern 39 und 40 drehbar um eine gemeinsame vertikale Achse gelagert. Zur elektrischen Verbindung zu den drehbar gelagerten Hornstrahlern 39 und 40 ist eine Drehkupplung 41 vorgesehen. Der Schalter 42 zum Umschalten zwischen Fremd- und Eigenschutz liegt, genauso wie bei der Anordnung nach Fig. 7, zwischen der einkanalig ausgebildeten Drehkupplung 41 und den Zuleitungen.43 und 44 zu den beiden Primärstrahlern 39 und 40. Auch hierbei kann die Polarisation für beide Antennen beliebig gewählt werden, ist jedoch vorzugsweise linear und beträgt 45°. Die Anordnung nach Fig. 8 ist höher als diejenige nach Fig. 7, benötigt dafür aber einen kleineren Durchmesser. Sie ist von einem strahlungsdurchlässigen Radom 45 umgeben.
  • Die Anordnungen nach Fig. 7 und 8 lassen sich im Prinzip um zusätzliche Strahler zu beiden Seiten der vorhandenen Hornstrahler erweitern, so daß sie einen Radarbetrieb mit Monopulsempfang zur Azimutnachführung ermöglichen. Dabei muß jedoch die Frequenzbandbreite eingeengt und die Antennendimension evtl. vergrößert werden.
  • Eine weniger aufwendige Antennenausführungsform ist dann realisierbar, wenn nur auf die grobe Diagrammform Wert gelegt wird. In diesem Fall wird nur eine Antenne, die aus einem Reflektor und einem Primärstrahler besteht und kippbar ausgebildet ist, verwendet. Die Vertikaldiagramme für den Fremd- und den Eigenschutz zeigen nicht mehr die in Fig. 3 dargestellten unterschiedlichen Formen, sondern eine gemeinsame mittlere Diagrammform. Die beiden unterschiedlichen-Hauptstrahlrichtungen der Antenne werden durch deren Kippung eingestellt. Die optimalen Reichweiten über den gesamten Erhebungswinkelbereich werden allerdings dabei nicht mehr erreicht.
  • Für den Einsatz der Störerantennen-Kombination nach der Erfindung wird davon ausgegangen, daß ein Radar- oder Aufklärungsgerät vorhanden ist, welches den Azimutwinkel des zu störenden Objekts ermittelt. Da diese Geräte in den meisten Fällen nur eine Zielortung im Azimut durchführen, arbeitet eine ebenfalls nur im Azimut nachgeführte Störantennen-Kombination damit optimal zusammen. Die Einweisung und Zielverfolgung der Störerantenne wird also durch das Radar- oder Aufklärungsgerät gesteuert. Zur Störung mehrerer Objekte kann die Störerantenne durch eine schnelle Drehbewegung von einem Objekt zum anderen eingestellt werden.
  • Durch eine geringe Antennengröße, durch Leichtbauweise der Reflektoren aus metallisiertem Schaumstoff und durch ein die Windkräfte und die Luftzufuhr von außen abhaltenden Radom werden die dazu notwendigen, sehr hohen Drehgeschwindigkeiten (z.B. 300 Umdrehungen pro Minute) und Beschleunigungen ermöglicht. Ist die Bedrohung durch die verschiedenen Objekte unterschiedlich, d. h. muß Fremd- oder Eigenschutz gewährt werden, so ist während des Einweisens von der einen auf die andere Antenne umzuschalten. Durch eine schnell schwenkbare, nach der Erfindung aufgebaute Antennenkombination, läßt sich eine wirksame Störung mehrerer Objekte bei Fremd- oder Eigenschutz erzielen.

Claims (19)

1. Antennenanordnung für einen Störer, der sowohl ein entferntes Objekt (Fremdschutz) als auch sich selbst oder ein unmittelbar in seiner Nähe befindliches Objekt (Eigenschutz) schützen soll, dadurch gekennzeichnet , daß für den Fremdschutz und für den Eigenschutz jeweils eine eigene Antenne vorgesehen ist, daß die beiden Antennen in einer ersten Ebene ein scharf gebündeltes Strahlungsdiagramm und in einer zweiten Ebene, die auf der ersten Ebene senkrecht steht, ein auf Fremdschutz bzw. Eigenschutz optimiertes Strahlungsdiagramm (7, 8) aufweisen und daß die beiden Antennen, zwischen denen umgeschaltet werden kann, baulich kombiniert und in der ersten Ebene gemeinsam drehbar ausgebildet sind.
2..Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Ebene die Horizontalebene (Azimutebene) und die zweite Ebene die Vertikalebene (Elevationsebene) ist.
3. Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a - durch gekennzeichnet , daß das Strahlungsdiagramm (7) der Fremdschutzantenne in der zweiten Ebene ein cosec2-Diagramm ist oder zumindest einem cosec2-Diagrgmm stark angenähert ist.,
4. Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Strahlungsdiagramm (8) der Eigenschutzantenne in der zweiten Ebene ein im wesentlichen die Form eines Halbkreises, dessen Durchmesser in der Richtung des Zenits verläuft, aufweisendes Diagramm ist, das jedoch im mittleren Erhebungswinkelbereich abbricht.
5. Antennenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Pegelverlauf des Strahlungsdiagramms (8) der Eigenschutzantenne in der zweiten Ebene im untersten Erhebungswinkelbereich gegenüber dem halbkreisförmigen Verlauf etwas angehoben ist.
6. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß jede der beiden Antennen aus einem Primärstrahler (9, 10) und einem doppelte gekrümmten Reflektor (11, 12) zusammengesetzt ist.
7. Antennenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärstrahler (9, 10) der beiden Antennen feststehend und die beiden Reflektoren (11, 12) im wesentlichen schräg übereinander, aber zueinander Rücken an-Rücken drehbar um eine gemeinsame Achse (13) angeordnet sind.
8 Antennenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß einer-der beiden. Primärstrahler (19) feststehend und der andere (20) zusammen mit den beiden Reflektoren (21, 22),die schräg übereinander, aber zueinander Rücken an Rücken angeordnet sind, drehbar um eine gemeinsame Achse gelagert ist und daß für den Anschluß des drehbar gelagerten Primärstrahlers eine Hochfrequenzdrehkupplung vorgesehen ist.
9. Antennenanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Polarisation zumindest der feststehenden Primärstrahler (9, 10, 19) bzw. des feststehenden Primärstrahlers zirkular ist.
10. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß der untere (11) der beiden Reflektoren der Antenne für den Fremdschutz und der obere Reflektor (12) der Antenne für den Eigenschutz angehört.
11. Antennenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Antennen derart nebeneinander angeordnet sind, daß die beiden Reflektoren (26, 27) etwa in einer Höhe und Rücken an Rücken zueinander liegen, daß beide Reflektoren (26, 27) zusammen mit den zwei ihnen zugeordneten Primärstrahlern (28, 29) drehbar um eine gemeinsame Achse gelagert sind und daß zur elektrischen Verbindung zu den drehbar gelagerten Primärstrahlersn (28, 29) eine Drehkupp-Iung (30) vorgesehen ist.
12. Antennenanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß der Schalter (31) zum Umschalten zwischen Fremd- und Eigenschutz zwischen der einkanalig ausgebildeten Drehkupplung (30) und den Zuleitungen (32, 33) zu den beiden Primärstrahlern (28, 29) liegt.
13. Antennenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Antennen übereinander angeordnet und zusammen drehbar um eine gemeinsame Achse gelagert sind und daß zur elektrischen Verbindung zu den drehbar gelagerten Primärstrahlern (39, 40) eine Drehkupplung (41) vorgesehen ist.
14. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Polarisation der Antennenstrahlung linear 45° ist.
15. Antennenanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß der Schalter (42) zum Umschalten zwischen Fremd- und Eigenschutz zwischen der einkanalig ausgebildeten Drehkupplung (41) und den Zuleitungen (43, 44) zu den Primärstrahlern(39, 40) liegt.
16. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet , daß zu beiden Seiten des Primärstrahlers jeder der beiden Antennen noch zusätzliche Strahler zum Radarbetrieb mit Monopulsempfang zur Azimutnachführung vorgesehen sind.
17. Antennenanordnung für einen Störer, der sowohl ein entferntes Objekt (Fremdschutz) als auch sich selbst oder ein unmittelbar in seiner Nähe befindliches Objekt (Eigenschutz) schützen soll, dadurch gekennzeichnet , daß für den Fremdschutz und für den Eigenschutz eine einzige Antenne vorgesehen ist, die in einer ersten Ebene ein scharf gebündeltes Strahlungsdiagramm und in einer zweiten Ebene, die auf der ersten Ebene senkrecht steht, ein Strahlungsdiagramm erzeugt, das zwar nicht auf Fremd- bzw. Eigenschutz optimiert ist, aber eine für beide Schutzarten gemeinsame mittlere Diagrammform aufweist, und daß die Antenne in der zweiten Ebene kippbar ausgebildet ist, so daß ihre Hauptstrahlrichtung in einem Fall mit einer für Fremdschutz günstigsten Richtung (kleinerer Erhebungswinkel) und im anderen Fall mit einer für den Eigenschutz günstigstenRichtung (größerer.Erhebungswinkel) übereinstimmt, daß die Antenne in der ersten Ebene drehbar ausgebildet ist und daß eine Einrichtung zum Umschalten zwischen Fremd- und Eigenschutz vorgesehen ist, deren Steuerung gemeinsam mit der Antennenkippsteuerung erfolgt.
18. Antennenanordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Ebene die Horizontalebene (Azimutebene) und die zweite Ebene die Vertikalebene (Elevationsebene) ist.
19. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß zur Abdeckung der gesamten Anordnung ein feststehendes Radom (18), z. B. aus einem verlustarmen Polyurethan-Integralschaum, vorgesehen ist.
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