EP0027643B1 - Einem mit Radar arbeitenden Ziel nachführbare Störsender-Richtantennenanordnung - Google Patents

Einem mit Radar arbeitenden Ziel nachführbare Störsender-Richtantennenanordnung Download PDF

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EP0027643B1
EP0027643B1 EP80106313A EP80106313A EP0027643B1 EP 0027643 B1 EP0027643 B1 EP 0027643B1 EP 80106313 A EP80106313 A EP 80106313A EP 80106313 A EP80106313 A EP 80106313A EP 0027643 B1 EP0027643 B1 EP 0027643B1
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EP
European Patent Office
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antenna
diagram
protection
antenna arrangement
self
Prior art date
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EP80106313A
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English (en)
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EP0027643A1 (de
Inventor
Anton Dipl.-Ing. Brunner
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP0027643A1 publication Critical patent/EP0027643A1/de
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Publication of EP0027643B1 publication Critical patent/EP0027643B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • 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
    • H01Q3/24—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 a jamming directional antenna arrangement which can be tracked with a target working with radar and which emits interference radiation against the target in order to detect the radar of both a distant object (external protection) and of itself or of an object located in its immediate vicinity (self-protection). by preventing that goal.
  • Such a jamming directional 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 regardless of the distance is achieved, and that this is possible both for the individual protection case and for the external protection case.
  • interference antennas In order to achieve an optimal interference effect at the receiving 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 horizontal and vertical levels.
  • 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 external protection and for internal protection, that the two antennas have a sharply focused radiation diagram in the horizontal plane, that the radiation diagram of the external protection antenna in the vertical plane has a cosec 2- Diagram is or at least closely approximates a cosec 2 diagram that the radiation diagram of the intrinsic protective antenna in the vertical plane is essentially the shape of a semicircle, the diameter of which when the antenna arrangement is attached to the ground in the direction of the zenith and when attached to an aircraft in the direction of of the nadir, is a graph showing that - starting from the ground - in the middle elevation angle range again towards the ground or - starting from the aircraft axis - in the middle elevation angle range again - towards the aircraft, and that the two antennas switched between them can be structurally comb are formed and rotatable together about an axis perpendicular to the horizontal plane.
  • a single antenna is provided for external protection and for internal protection, which generates a sharply focused radiation diagram in the horizontal plane and a radiation diagram in the vertical plane, which has a medium diagram form between a cosec 2 diagram or at least a cosec 2 diagram closely approximated and essentially the shape of a semicircle, the diameter of which runs in the direction of the zenith when the antenna arrangement is attached to the floor and in the direction of the nadir when mounted on an aircraft, but starting from the floor - in the middle elevation angle range back towards the ground or - starting from the aircraft axis - in the middle elevation angle range again towards the aircraft, the diagram corresponds to the fact that the antenna diagram can be tilted in the vertical plane, so that the main beam direction in one case with a direction that is most favorable for external protection ( small one elevation angle) and in the other case agrees with a direction that is most favorable for self-protection (larger elevation angle), that the antenna is designed to be rotatable about an axis perpendic
  • An antenna arrangement designed according to the invention thus only needs to be tracked in the horizontal plane. It therefore only needs to be movable on this level and is appropriately instructed by a reconnaissance system.
  • your 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 jammer can be adapted to the respective threat situation and it is possible to quickly switch back and forth between several objects. It is pointed out once again that until the time of the invention it was only known to use a jamming transmitter for external and internal protection, which for both types of protection has either pencil-shaped radiation or an omnidirectional characteristic.
  • An omnidirectional radiation pattern such as can exist in principle with a jamming transmitter and is also emitted with known conventional jamming transmitters, is not possible with a omnidirectional search radar, since the target angle information is lost.
  • a completely different line of thinking leads to the cosec 2 diagram of one interfering antenna, namely the external protection antenna, than to the cosec 2 diagram of a search radar antenna. While this diagram form is intended to ensure coverage from the horizon to a certain height in the case of the radar search radar, this diagram form is obtained in the case of external protection because it is assumed that the target to be disturbed from the ground flies at a constant height and the radiated interference power squares of the target distance must be proportional so that a constant interference power arrives at the destination.
  • the claimed “semicircular” radiation diagram of the intrinsic protective antenna is not known from round-robin radar technology, even with the multi-lobe technology for 3D radar mentioned, especially not in combination with an underlying cosec 2 diagram. From the magazine «Elektrotechnik 51, (1969), 4, 19.2.69, pages 22 to 25, in particular Figures 1 and 4, it is only known to receive several fan beams one above the other for the purpose of determining the target height, so that due to an amplitude comparison between the individual characteristics of the Elevation angle can be determined. A multi-lobe is covered here that is covered as much as possible. cosec 2 diagram.
  • antenna tracking is carried out only in the horizontal plane and a suitably shaped, broader radiation pattern is used in the elevation plane, by means of 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 jammer.
  • 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 the jammer 1 is on board a flying object and is intended to jam a 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 (9) with the most distant target then coincides with the ground.
  • FIG. 2 serves to explain the self-protection, the horizontal distance a likewise being plotted on the abscissa and the flight height h being plotted on the ordinate.
  • the interferer 4 is to protect itself or an object located directly in its vicinity, there are entirely different conditions than with the external protection according to FIG.
  • the radar on board the target 5 has, it is assumed, the system at the interferer 4 detected and receiving a useful power N which is dependent on the reflecting cross section of the system. This useful 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 follow the semicircular shape in the coverage diagram only 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 designated 7 and the optimal radiation diagram for internal protection 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 designated a 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 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 only one of the two tasks, i.e. H. either own or third-party protection, it would suffice 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, particularly in the X / Ku band frequency range. There are various expedient possibilities for this, which are shown in FIGS. 5 to 8. If the principle of the rotating reflector and fixed radiator is used, then an antenna design according to FIG.
  • 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 rotatable with respect to one another about a common, vertical axis 13.
  • the two reflectors 11 and 12 are combined in a packet-like manner with a holder 14 and are mounted in a bearing 15 with as little inertia as 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 antenna 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 antenna 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.
  • FIG. 6 Another embodiment of an antenna arrangement for external and internal protection according to the invention is shown in FIG. 6. Only one of the two primary radiators, namely the horn radiator 19, is fixed, while the other horn radiator 20 together with the two reflectors 21 and 22, which are arranged obliquely one above the other, but are arranged back to back to each other, 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. 6, 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.
  • this is with the different tasks of the two. Antennas irrelevant.
  • FIG. 7 A further possible embodiment for an antenna arrangement 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 for the electrical connection to the rotatably mounted horn radiators 28 and 29.
  • the switch 31 for switching between external and internal protection lies 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 attached one above the other in accordance with the arrangement according to FIG. 8.
  • 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 polarization for both antennas can also be used here can be chosen arbitrarily, but is preferably linear and is 45 °.
  • the arrangement according to FIG. 8 is higher than that according to FIG. 7, but requires a smaller diameter for this. 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 may have to be increased.
  • a less complex antenna embodiment 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 it. '
  • 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 there is a radar or reconnaissance device which determines the azimuth angle of the object to be interfered with. Since these devices in most cases only carry out a target location in the azimuth, an interfering antenna combination, which is also only tracked in the azimuth, works optimally with it.
  • the instruction and target tracking of the interfering antenna is controlled by the radar or reconnaissance device.
  • the interfering antenna can be adjusted from one object to the other by a rapid rotary movement.
  • a small antenna size, a lightweight design of the reflectors made of metallized foam and a radome that blocks the wind forces and the air supply from the outside enable the very high rotational speeds (e.g. 300 revolutions per minute) and accelerations required for this. Is the threat from different objects different? H. If third-party or internal protection must be granted, switch from one antenna to the other during instruction.
  • An antenna combination constructed in accordance with the invention which can be swiveled quickly, can be used to achieve an effective disturbance of several objects with external or internal protection.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine einem mit Radar arbeitenden Ziel nachführbare Störsender-Richtantennenanordnung, die gegen das Ziel eine Störstrahlung abstrahlt, um die Radarerfassung sowohl eines entfernten Objektes (Fremdschutz) als auch von sich selbst oder eines in ihrer unmittelbaren Nähe befindlichen Objektes (Eigenschutz) durch dieses Ziel zu verhindern.
  • Eine solche Störsender-Richtantennenanordnung 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 Eingenschutzfall 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 der Horizontalebene ein scharf gebündeltes Strahlungsdiagramm aufweisen, daß das Strahlungsdiagramm der Fremdschutzantenne in der Vertikalebene ein cosec2-Diagramm ist oder zumindest einem cosec2-Diagramm stark angenähert ist, daß das Strahlungsdiagramm der Eigenschutzantenne in der Vertikalebene ein im wesentlichen die Form eines halbkreises, dessen Durchmesser bei Anbringung der Antennenanordnung am Boden in der Richtung des Zenits und bei Anbringung in einem Flugzeug in Richtung des Nadirs verläuft, aufweisendes Diagramm ist, das jeweils - ausgehend vom Boden - im mittleren Erhebungswinkelbereich wieder zum Boden hin bzw. - ausgehend von der Flugzeugachse -- im mittleren Erhebungswinkelbereich wieder-zum Flugzeug hin abbricht, und daß die beiden Antennen, zwischen denen umgeschaltet werden kann, baulich kombiniert und um eine auf der Horizontalebene senkrecht stehende Achse 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 der Horizontalebene ein Scharf gebündeltes Strahlungsdiagramm und in der Vertikalebene ein Strahlungsdiagramm erzeugt, das einer mittleren Diagrammform zwischen einem cosec2-Diagramm oder zumindest einem cosec2-Diagramm stark angenäherten Diagramm und einem im wesentlichen die Form eines halbkreises, dessen Durchmesser bei der Anbringung der Antennenanordnung am Boden in der Richtung des Zenits und bei Anbringung in einem Flugzeug in Richtung des Nadirs verläuft, aufweisenden, jedoch -ausgehend vom Boden - im mittleren Erhebungswinkelbereich wieder zum Boden hin bzw. - ausgehend von der Flugzeugachse - im mittleren Erhebungswinkelbereich wieder zum Flugzeug hin abbrechenden Diagramm entspricht, daß das Antennendiagramm in der Vertikalebene Kippbar ist, so daß die Hauptstrahlrichtung in einem Fall mit einer für Fremdschutz günstigsten Richrung (kleinerer Erhebungswinkel) und im anderen Fall mit einer für den Eigenschutz günstigsten Richtung (größerer Erhebungswinkel) übereinstimmt, daß die Antenne um eine auf der Horizontalebene senkrecht stehende Achse drehbar ausgebildet ist, und daß eine Einrichtung zum Umschalten zwischen Fremd- und Eigenschutz vorgesehen ist, deren Steuerung gemeinsam mit der Diagrammkippsteuerung 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 der horizontalen Ebene nachgeführt werden. Sie braucht deswegen auch nur in dieser Ebene beweglich sein und wird zweckmäßig durch eine Aufklärungsanlage eingewiesen. In der dazu senkrechten, d. h. vertikalen 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 Störsender der jeweils vorliegenden Bedrohungslage anpassen und es kann zwischen mehreren Objekten schnell hin- und hergewechselt werden. Es wird noch einmal darauf hingewiesen, daß es bis zum Zeitpunkt der Erfindung nur bekannt war, zum Fremd- und Eigenschutz einen Störsender einzusetzen, der für beide Schutzarten zugleich entweder eine bleistiftförmige Strahlungsbündelung oder aber eine Rundstrahlcharakteristik aufweist. Die Möglichkeit, eine Antennenaufteilung für die beiden Schutzarten vorzunehmen, wurde nicht erkannt, obwohl offensichtlich gravierende Nachteile und Schwierigkeiten bei Verwendung einer einzigen Antenne für beide Schutzarten bestanden. Eine Übernahme des aus der Radartechnik bekannten Einsatzes von je nach Bedarf umschaltbaren Keulen (sog. Mehrfachkeulentechnik) lag deswegen nicht nahe, weil es sich um sehr unterschiedliche Problemstellungen in der Störsendertechnik einerseits und in der Radartechnik andererseits handelt. In der horizontalen Ebene scharf gebündelte und in der vertikalen Ebene breite Diagramme werden für das Suchradar verwendet, dessen Aufgabe es ist, ein Raumvolumen rundum mit kontinuierlicher Bedeckung vom Horizont bis zu einer bestimmten Höhe nach Zielen abzutasten. Die scharfe Bündelung in der einen Ebene ist zur Erzielung der Azimutwinkelinformation erforderlich. Eine Rundstrahlcharakteristik, wie diese bei einem Störsender prinzipiell vorliegen kann und bei bekannten üblichen Störsendern auch abgestrahlt wird, ist bei einem Rundsuchradar nicht möglich, da die Zielwinkelinformation verloren geht. Zum cosec2-Diagramm der einen Störantenne, nämlich der Fremdschutzantenne, führt ein ganz anderer Gedankengang als zum cosec2-Diagramm einer Rundsuchradarantenne. Während nämlich diese Diagrammform beim Rundsuchradar eine Bedeckung vom Horizont bis zu einer bestimmten Höhe sicherstellen soll, gelangt man zu dieser Diagrammform beim Fremdschutz deswegen, weil davon ausgegangen wird, daß das vom Boden aus zu störende Ziel in konstanter Höhe fliegt und die abgestrahlte Störerleistung dem Quadrat des Zielabstandes proportional sein muß, damit am Zielort eine gleichbleibende Störleistung ankommt.
  • Das beanspruchte « halbkreisförmige » Strahlungsdiagramm der Eigenschutzantenne ist aus der Rundsuch-Radartechnik, auch bei der erwähnten Mehrkeulentechnik für 3D-Radar, nicht bekannt, schon gar nicht in Kombination mit einem darunter liegenden cosec2-Diagramm. Aus der Zeitschrift « Elektrotechnik 51, (1969), 4, 19.2.69, Seiten 22 bis 25, insbesondere Bild 1 und 4, ist nur bekannt, zur zusätzlichen Zielhöhenfeststellung empfangsmäßig mehrere Fächerstrahlen übereinander vorzusehen, so daß aufgrund eines Amplitudenvergleichs zwischen den Einzelcharakteristiken der Elevationswinkel festgestellt werden kann. Ausgesendet wird hier ein die Mehrfachkeulen möglichst überdeckendes. cosec2-Diagramm.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand von acht Figuren näher.erläutert. Es zeigen :
    • Figur 1 eine Darstellung zum Verständnis der Bildung des optimalen Fremdschutz-Strahlungsdiagramms,
    • Figur 2 eine Darstellung zum Verständnis der Bildung eines optimalen Eigenschutz-Strahlungsdiagramms,
    • Figur 3 optimale Störerantennen-Vertikalstrahlungsdiagramme für Fremdschutz und Eigenschutz,
    • Figur 4 Eigenschutzdiagramme für unterschiedliche Flughöhen,
    • Figuren 5 bis 8 Ausführungsbeispiele von verschiedenen Störsender-Richtantennenanordnungen für Fremd- und Eigenschutz.
  • Wie bereits vorstehend beschrieben, wird nur in 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 Störsenders 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(e) 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(9) mit der Entfernung um rz(9) 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 liearen 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(9) 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 Zieles 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(8) abhängen. Die am Ziel ankommende Störleistung ergibt sich aus der von der Störantenne abgestrahltung Leistung Ge(8) nach der Gleichung
    Figure imgb0005
  • Aus den Gleichungen (4) und (5) folgt
    Figure imgb0006
  • Soll S/N unabhängig von r(0) sein, so gilt :
    Figure imgb0007
  • Nach der Gleichung (2) ergibt sich
    Figure imgb0008
  • In der Bedeckungsdiagrammdarstellung von Fig.. 2 ergibt sich das relative Feldstärkediagramm GE(9) 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 Diagramform und damit die Antennengestaltung bleibt davon unbeeinflußt. Der Grenzwinkel ist mit a 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 kompakten Anordnung der beiden Reflektoren zu einer Antennenausführung nach Fig. 5. Hierbeisind 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 drehbar um eine gemeinsame, vertikal verlaufenden 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 Eintellzeiten 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 Strahllungsdiagramme 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.Antennenanordnung 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 Hauptstrahlrichtung der 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 einen 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 Antennendiemnsion evtl. vergrößert werden.
  • Eine weniger aufwendige Antennenausführungsform ist dann realisierbar, wenn nur auf die grobe Diagrammform Wert gelegt wird. In diesem Fal 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 mitlere 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 abhaltendes 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 (14)

1. Einem mit Radar arbeitenden Ziel (3 ; 5) nachführbare Störsender-Richtantennenanordnung (1 ; 4), die gegen das Ziel eine Störstrahlung abstrahlt, um die Radarerfassung sowohl eines entfernten Objektes (2) (Fremdschutz) als auch von sich selbst oder eines in ihrer unmittelbaren Nähe befindlichen Objektes (Eigenschutz) durch dieses Ziel zu verhindern, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fremdschutz und für den Eigenschutz jeweils eine eigene Antenne vorgesehen ist, daß die beiden Antennen in der Horizontalebene ein scharf gebündeltes Strahlungsdiagramm aufweisen, daß das Strahlungsdiagramm (7) der Fremdschutzantenne in der Vertikalebene ein cosec2-Diagramm ist oder zumindest einem cosec2-Diagramm stark angenähert ist, daß das Strahlungsdiagramm (8) der Eigenschutzantenne in der Vertikalebene ein im wesentlichen die Form eines Halbkreises, dessen Durchmesser bei Anbringung der Antennenanordnung am Boden in der Richtung des Zenits und bei Anbringung in einem. Flugzeug in Richtung des Nadirs verläuft, aufweisendes Diagramm ist, das jedoch - ausgehend vom Boden - im mittleren Erhebungswinkelbereich wieder zum Boden hin bzw. - ausgehend von der Flugzeugachse - im mittleren Erhebungswinkelbereich wieder zum Flugzeug hin abbricht, und daß die beiden Antennen, zwischen denen umgeschaltet werden kann, baulich kombiniert und um eine auf der Horizontalebene senkrecht stehende Achse gemeinsam drehbar ausgebildet sind.
2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pegelverlauf des Strahlungsdiagramms (8) der Eigenschutzantenne in der Vertikalebene im untersten Erhebungswinkelbe- . reich_gegenüber dem idealen halbkreisförmigen Verlauf etwas angehoben ist.
3. Antennenanordnung. nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Antennen aus einem Primärstrahler (9, 10) und einem doppelt gekrümmten Reflektor (11, 12). zusammengesetzt ist.
4. Antennenanordnung nach Anspruch 3, 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.
5. Antennenanordnung nach Anspruch 3, 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 (24) vorgesehen ist.
. 6. Antennenanordnung nach Anspruch 4 oder 5, -dadurch gekannzeichnet, daß die Polarisation zumindest der feststehenden Primärstrahler (9, 10 ; 19) bzw. des feststehenden Primärstrahler zirkular ist.
7. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6 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.
8. Antennenanordnung nach Anspruch 3, 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 vertikale Achse gelagert sind, und daß zur elektrischen Verbindung zu den drehbar gelagerten Primärstrahlern (28, 29) eine Drehkupplung (30) vorgesehen ist.
9. Antennenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Antennen übereinander angeordnet und zusammen drehbar um eine gemeinsame vertikale Achse gelagert sind, und daß zur elektrischen Verbindung zu den drehbar gelagerten Primärstrahlern (39, 40) eine Drehkupplung (41) vorgesehen ist.
10. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisation der Antennenstrahlung linear 45° ist.
11. Antennenanordnung nach Anspruch 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (31 ; 42) zum Umschalten zwischen Fremd- und Eigenschutz zwischen der einkanalig ausgebildeten Drehkupplung (30 ; 41) und den Zuleitungen (32, 33 ; 43, 44) zu den Primärstrahlen (28, 29 ; 39, 40) liegt.
12. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten des Primärstrahlers jeder der beiden Antennen noch zusätzliche Strahler zum Radarbetrieb mit Monopulsempfang zur Azimutnachführung vorgesehen sind.
13. Einem mit Radar arbeitenden Ziel (3 ; 5) nachführbare Störsender-Richtantennenanordnung (1 ; 4), die gegen das Ziel eine Störstrahlung abstrahlt, um die Radarerfassung sowohl .eines entfernten objektes (2) (Fremdschutz) als auch von sich selbst oder eines in ihrer unmittelbaren Nähe befindlichen Objektes (Eigenschutz) durch dieses Ziel zu verhindern, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fremdschutz und für den Eigenschutz eine einzige Antenne vorgesehen ist, die in der Horizontalebene ein scharf gebündeltes Strahlungsdiagramm und in der Vertikalebene ein Strahlungsdiagramm erzeugt, das einer mittleren Diagrammform zwischen einem cosec2-Diagramm oder zumindest einem coSec2- Diagramm stark angenäherten Diagramm und einem im wesentlichen die Form eines Halbkreises, dessen Durchmesser bei der Anbringung der Antennenanordnung am Boden in der Richtung des Zenits und bei Anbringung in einem Flugzeug in Richtung des Nadirs verläuft, aufweisenden, jedoch - ausgehend vom Boden - im mittleren Erhebungswinkelbereich wieder zum Boden hin bzw. - ausgehend von der Flugzeugachse - im mittleren Erhebungswinkelbereich wieder zum Flugzeug hin abbrechenden Diagramm entspricht, daß das Antennendiagramm in der Vertikalebene kippbar ist, so daß die Hauptstrahlrichtung 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 um eine auf der Horizontalebene senkrecht stehende Achse drehbar ausgebildet ist, und daß eine Einrichtung zum Umschalten zwischen Fremd- und Eigenschutz vorgesehen ist, deren Steuerung gemeinsam mit der Diagrammkippsteuerung erfolgt.
14. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdeckung der gesamten Anordnung ein feststehendes Radom (18 ; 25 ; 35 ; 45), z. B. aus einem verlustarmen Polyurethan-Integralschaum, vorgesehen ist.
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