Hauptlappen, Seitenlappen und Rückenlappen
Eine Antenne strahlt ihre Energie nie perfekt in eine Richtung aus. Das tatsächliche Strahlungsmuster besteht aus:
- Hauptlappen (Hauptstrahl): der gewünschte, starke Strahl in Blickrichtung. Seine Breite (Strahlbreite, gemessen zwischen -3 dB Punkten) bestimmt die Winkelauflösung ()Winkelauflösung.
- Seitenlappen (Seitenschleifen): schwächere unerwünschte Bündel schräg neben dem Hauptbündel — ein unvermeidliches physikalisches Nebenprodukt jeder endlichen Antenne. Drucken Sie gute Antennen bis zu 25–40 dB unter dem Hauptlappen.
- RückenlappenDer (schwache) Blick nach hinten.
Seitenlappen sind operativ viel wichtiger, als ihre geringe Leistung vermuten lässt:
- Falsche Ziele: ein sehr starker Reflektor (Berg, Supertanker) in einem Seitenlappen kann über die Schwelle hinausreichen und erscheint dann auf dem Bildschirm in Richtung Hauptlappen — Am falschen Ort.
- Störeingabe: Schade muss nicht im Hauptbündel sein; kommt mit genug Leistung, die er über die Seitenlappen auf jeder Antenne eingibt. Gegenmaßnahme: Seitenlappenunterdrückung / Aufhellung und adaptive Nullbildung (eine Null im Muster zum Stau hin).
- Erkennung des ESM: Auch über Seitenlappen leckt das Radar sein Signal um — Ein empfindlicher Empfänger hört das Radar fast immer, nicht nur, wenn der Strahl passiert.
Antennenformen
Die Form der Antenne bestimmt die Strahlform und damit die Aufgabe des Radars:
| Form | Bündel | Typische Verwendung |
|---|---|---|
| Parabolschale | schmaler "Bleistiftbalken" in beiden Ebenen | Ortung, Feuerkontrolle, Satellitenverfolgung |
| Schnittparaboloid/Orangenspiel | schmal in Azimut, breit in Elevation (Fanstrahl) | 2D-Überwachung: gute Richtung, keine Höhe |
| Cosecant2-Reflektor | Fächerstrahl mit geformter Elevationsabdeckung | Luftüberwachung mit einheitlicher Abdeckung in der Höhe |
| Schlitzhohlleiter/Arraybar | sehr eng in Azimut | Navigations- und Navigationsradare |
| Yagi / log-periodisch | mäßig orientiert, niedrige Frequenzen | ältere UKW-Radare, Kommunikation, ESM |
| Hornantenne | breite, stabile Kartusche | Stromversorgung, Messsysteme, Raketensucher |
| Phased Array (passiv/aktiv, AESA) | elektronisch gesteuerte(r) Lichtbündel | Multifunktionsradar: Suche + Spur + Verhalten auf einmal |
Die Phased-Array Es verdient besondere Aufmerksamkeit, weil es die moderne Radarlandschaft dominiert. Hunderte bis Tausende von kleinen Strahlen senden das gleiche Signal mit jedem Element einstellbare Phase. Durch die Wahl der Phasen entsteht eine konstruktive Interferenz ()EM-Wellen in (gegen) Phase und aus Phase) in genau eine Richtung — das Bündel — Und diese Richtung ist Elektronisch, innerhalb von Mikrosekunden zu bewegen, ohne bewegliche Teile. 1 AESA (Active Electronically Scanned Array) hat zusätzlich einen eigenen Sender / Empfänger pro Element: zuverlässig (kein einzelner Fehlerpunkt), flexibel in der Leistung pro Richtung und in der Lage, mehrere Bündel und Frequenzen gleichzeitig auszuführen. — Was auch immer ihn für EW-Aufgaben zur Verfügung stellt (targeted jamming). Die beiden Konstruktionen — PESA und AESA — Und ihr Wirken wird weiter vertieft werden.Phased Array: Elektronische Strahlsteuerung bis PESA gegen AESA — Zusammenfassung.
Phased Array: Elektronische Strahlsteuerung
Bevor wir PESA und AESA trennen, zuerst das gemeinsame Prinzip. 1 Phased-Array Ersetzen Sie die bewegliche Schale durch eine Oberfläche mit Hunderten bis Tausenden von festen Balken (Elementen). Der Strahl ist nicht mehr mechanisch gerichtet, sondern Elektronisch — durch Phase jedes Element separat zu regeln.
Der Mechanismus folgt direkt aus der Interferenz ()EM-Wellen in (gegen) Phase und aus Phase. Wenn alle Elemente genau in Phase gesendet werden, dann zählt die Wellenfront konstruktiv vorwärts: Der Strahl steht senkrecht zur Ebene (Bouresight). Gib jedem nächsten Element ein kleines, aufsteigendes Phasendifferenz, dann "drehen" die kombinierte Wellenfront — Und der Strahl zeigt in einem Winkel, ohne etwas zu bewegen.
Die Folgen sind tiefgreifend und erklären, warum phasengesteuerte Arrays die moderne Radarlandschaft dominieren:
- Bündelgeschwindigkeit (Agilität): Der Strahl springt in Mikrosekunden anstelle der Sekunden, die eine rotierende Antenne kostet. Ein Array kann daher gleichzeitig suchen, mehreren Zielen folgen und eine Rakete durchführen — Es wird zu einem Multifunktionsradar (vgl. Target Tracking per Radar: Target Tracking Radar.
- Keine beweglichen Teile: Zuverlässiger und geeignet, flach in einem Rumpf, Mast oder Schiffsstruktur zu bauen.
- Musterfreiheit: Die gleiche Elektronik, die das Bündel leitet, kann auch tief sein Nullen Drehen in Staurichtung ()Hauptlappen, Seitenlappen und Rückenlappen) oder die Machtverteilung über die Zeit.
Es gibt auch physische Grenzen. Die Elemente sind etwa eine halbe Wellenlänge voneinander entfernt; Wenn sie zu weit sind, entstehen unerwünschte zusätzliche Hauptbündel ()Gitterlappen. Und je weiter das Boresight-Bündel gesendet wird, desto mehr wird die effektive Blende "verkürzt" — Der Strahl wird breiter und der Gewinn fällt ()Scanverlust. Daher deckt ein flaches Array normalerweise bis zu ±60° ab; für runde Abdeckung werden drei oder vier Ebenen (wie feste Paneele auf modernen Fregatten) verwendet.
PESA — Passives elektronisch gescanntes Array
1 PESA Passive Electronically Scanned Array ist die erste Generation von Phased Array. Merkmale: Es gibt ein zentraler Sender — typischerweise eine leistungsstarke Röhre (TWT oder Klystron), Komponenten des Radarsystems) — deren Vermögenswerte über ein Verteilungsnetz auf alle Elemente verteilt werden. Jedes Element enthält nur einen Phasenschieber (Phase Shifter) Senden des Bündels; Das Element selbst stärkt nichts.
Vorteile gegenüber einer mechanischen Antenne: alle Strahlgeschwindigkeit und Multifunktionalität von Phased Array: Elektronische Strahlsteuerung, zu geringeren Kosten und Komplexität als eine AESA, da es nur einen Sender gibt.
Aber der zentrale Sender ist sofort die Schwäche:
- Single Point of Failure: Wenn die Röhre ausfällt, wird das gesamte Radar heruntergefahren.
- Verlust: Die Leistung soll über lange Einspeisungen und passive Phasenschieber auf die Elemente übertragen werden. — Auf dem Weg geht viel verloren, sowohl beim Senden als auch beim Empfangen.
- Begrenzte Flexibilität: in der Praxis jeweils eine Frequenz und ein Bündel; keine frei teilbare Leistung pro Richtung.
PESA war der Durchbruch (bekannte Beispiele: ältere Langstrecken- und Schiffsradare und das Radar verschiedener Jäger aus den 1980er Jahren)–90, wurde aber für neue Systeme weitgehend durch die AESA ersetzt.
AESA — Aktives elektronisch gescanntes Array
1 AESA (Active Electronically Scanned Array) bewegt sich der Sender den Elementen nach. Hinter jedem Strahl ist sein eigener T/R-Modul (Sende/Empfang): ein kleines Sende/Empfangsmodul mit eigenem Leistungsverstärker, Empfängerverstärker (LNA) und Phasenschieber. Eine große AESA enthält Hunderte bis Tausende von unabhängigen Sendern — oft gebaut in GaN Oder GaAs.
Da die Energie vor Ort erzeugt und empfangen wird, verschwinden die Einspeiseverluste des PESA und es ergeben sich eine Reihe von Vorteilen, die die AESA zum Standard machen:
- Anmutiger Abbau: Kein zentraler Sender. Wenn einige T/R-Module ausfallen, fällt die Leistung um einen Bruchteil — Das Radar funktioniert weiter. Sehr zuverlässig.
- Mehrere Bündel und Frequenzen gleichzeitig: Teilmengen von Elementen können unabhängig voneinander arbeiten — Suchen Sie in eine Richtung, während Sie einem Ziel in der anderen mit verschiedenen Frequenzen folgen.
- Energiemanagement nach Richtung: Erhöhen Sie die Energie und bleiben Sie in einem verdächtigen Sektor oder verbreiten Sie sich auf LPI (siehe unten).
- Breite Bandbreite & Agilität: Ideal für die Frequenz-Agilität:PRI-Modulation) und High Range Auflösung (Entfernungsauflösung.
Eine AESA ist in der Tat Tausende von steuerbaren Sendern — Und das macht ihn nicht nur zu einem Radar, sondern auch zu einem EW-System. Er kann tiefe Nullen in Traurigkeit verwandeln (EPM), Jampingprävention), breitet seine Macht und Wellenform aus, so dass es kaum erkannt werden kann (LPI, Kontinuierlich modulierte Frequenz Wellenradar), und sogar selbstgesteuertes Jamming oder als Breitbandempfänger. Die Grenze zwischen Radar und EW verblasst hier vollständig.
Der Preis: Komplexität, Kühlung (alle diese Module erzeugen Wärme) und Kosten. Aber die Vorteile sind so groß, dass praktisch jedes neue Militärradar — Vom Kämpfer zur Fregatte zur bodengebundenen Luftverteidigung — ist eine AESA.
PESA gegen AESA — Zusammenfassung
Der Kern in einer Tabelle:
| PESA | AESA | |
|---|---|---|
| Bahnhof | ein Zentralrohr | ein separates T/R-Modul pro Element |
| Pro Element | nur Phasenschieber | Verstärker + Empfänger + Phasenschieber |
| bei Ausfall | Zentralsender weg = Radar aus | Anmutige Degradation (schrittweise) |
| Verlust | hoch (lange Feeds, passive Phase) | Low (Power to Element) |
| Bündel/Frequenz | In der Regel einer nach dem anderen | mehrfach auf einmal |
| Bandbreite/Agilität | begrenzt | groß |
| FW-Einsatz (LPI, Stau, Null) | begrenzt | hervorragend |
| Kosten / Komplexität / Kühlung | niedriger | höher |
Was sie sind Teile: beide lenken den Strahl elektronisch über die Phase (Phase)Phased Array: Elektronische StrahlsteuerungBeide haben keine beweglichen Teile und beide können multifunktional arbeiten. Die Unterscheidung ist ganz in Wo Strom erzeugt wird: zentral (PESA) oder unterteilt in aktive Module (AESA). Dieser eine Unterschied erklärt alle anderen Regeln in der Tabelle.
PESA = ein Sender, viele Phasenschieber. AESA = viele Sender (T/R-Module). Der Wechsel von zentraler zu verteilter Energie sorgte für Zuverlässigkeit, Flexibilität, LPI und EW-Fähigkeit — und machte die AESA zum Eckstein des modernen Radars.
Scanmuster phasengesteuerter Arrays
Eine mechanische Antenne kann nur eines drehen: Kreise. Ein phasengesteuertes ArrayPhased Array: Elektronische Strahlsteuerung) schiebt sein Bündel elektronisch in Mikrosekunden und kann daher "Beobachtungsverhalten" sein — das Scan-Muster — freie Programmierung und sogar mehrere Muster gemischt ausführen. Die Hauptformen sind:
- Raster / Suchscan: Das Bundle beendet systematisch einen Sektor (Zeile für Zeile), um neue Ziele zu finden.
- Sektorscan: Suchen Sie nur einen definierten Bereich schnell und wiederholt (z. B. Richtung, in der eine Bedrohung erwartet wird).
- Track-While-Scan (TWS): Das Bundle sucht weiter, springt aber immer zu bekannten Zielen, um ihren Track zu aktualisieren — Suchen und folgen Sie sofort.
- Scheinwerfer: das Bündel "Sticks" auf einem Zweck oder Sektor für maximale Verweilzeit — mehr Energie und bessere Messung (und Durchbrennen), Überwältigung des Störsignals.
- Agile / interleaved: zufällig aussehende Sprünge zwischen Aufgaben; Suchen, verfolgen, führen Sie eine Rakete und arbeiten LPI.
Cassegrain, Monopulse Feed und Duplexer
Drei Komponenten um die Antenne, die in fast jedem Radar wiederkehren:
- Cassegrainantenne: eine Parabolschale mit einem kleinen, konvexen Subreflektor Vor dem Fokus. Die Zuführung befindet sich in der Mitte der Hauptschale und strahlt in Richtung des Subreflektors, der die Energie über die Hauptschale zurückreflektiert. Vorteil: Der schwere Vorschub und der Wellenleiter sitzen hinter der Schale, kurz und kompakt — Ideal für Tracking-Radare und für Antennen, die sich schnell bewegen müssen.
- Monopulszuführung: Anstelle eines Horns sitzen vier nebeneinander im Fokus. Addieren und Subtrahieren ihrer Signale erzeugt eine Summenkanal (Σ, für Detektion und Reichweite) und zwei Differenzkanäle (Δ, für den Fehler in Azimut und Höhe). Der Winkelfehler ergibt sich somit aus einem einzigen Impuls — die Basis des Monopulse Tracking ()Techniken des Zielverfolgungsradars) und der Grund, warum diese Radare unempfindlich gegenüber dem amplitudenmodulierten Stören sind, das den konischen Scan täuscht.
- Duplexer und Diplexer: der Duplexer ()Komponenten des RadarsystemsSender und Empfänger können sich die gleiche Antenne teilen. Klassisch mit einer Gasentladungsröhre ()TR Röhre), die am Sendepuls feuert und den Empfänger kurzschließt; heutzutage mit einem Ferrit Umwälzpumpe Und ein Limiter. A Diplexer tut etwas anderes: Es kombiniert zwei Sender auf unterschiedlichen Frequenzen auf einer Antenne, wie bei der Frequenzdiversität.Verluste und Schwankungen.
Radartutorial.eu: Radarantennen.