Anteny radarowe

Dwukierunkowa charakterystyka anteny

Dwukierunkowa charakterystyka anteny (po angielsku: two-way beamwidth lub two-way antenna pattern) występuje zazwyczaj wtedy, gdy radar wykorzystuje inną charakterystykę anteny podczas nadawania niż podczas odbioru. Dzieje się tak na przykład w przypadku radarów wielofunkcyjnych wykorzystujących cyfrowe kształtowanie wiązki. Taki radar musi na przykład oświetlać całą przestrzeń wiązki płetwy w trybie nadawania, który następnie ma być skanowany przez jednocześnie uformowane indywidualne wąskie wzory odbioru w trybie odbioru. Superpozycja nadawanego wzoru anteny z wzorem anteny skutecznym podczas odbioru jest wtedy dwukierunkowym wzorem anteny.

Rysunek 2: Dwukierunkowa charakterystyka anteny ze względu na różne kąty widzenia

Rysunek 2: Dwukierunkowa charakterystyka anteny ze względu na różne kąty widzenia

Zastosowanie do bistatycznego SAR i SLAR

W przypadku bistatycznego radaru skanowania bocznego, dwukierunkowy wzór anteny może być również wytwarzany pod różnymi kątami. Na przykład, jeśli symetryczny wzór anteny z satelity pada ukośnie na powierzchnię Ziemi, skutkuje to oświetlonym obszarem elipsy, której obszar można obliczyć na podstawie długości osi głównej i osi pomocniczej.

(1)

• Θ_B = szerokość wiązki anteny
• R·Θ_B = prawidłowe przybliżenie dla małych kątów
• R = odległość skośna
• γ = kąt depresji

Kąt depresji to kąt pomiędzy linią poziomą a linią widzenia radaru.

Jednak drugi satelita, również skierowany na tę powierzchnię z innej pozycji z tym samym wzorem anteny, tworzy elipsę, która jest skręcona w porównaniu do pierwszej. Można zaobserwować tylko obszar oświetlony przez dwie elipsy (w skrajnych przypadkach leżące poprzecznie jedna na drugiej). Kilka takich elips o różnych kątach nachylenia tworzy jedynie mały okrąg o rozmiarze zawartym we wszystkich elipsach na powierzchni Ziemi. Czyli okrąg o średnicy RΘ_B. Stosunek pola powierzchni okręgu do pola powierzchni elipsy jest wtedy równy tylko sin(γ). Przy kącie zagłębienia 30° daje to współczynnik dokładnie 0,5 - o który zmniejsza się powierzchnia odbicia, a tym samym moc odbicia. Użyteczna szerokość schematu poszczególnych anten jest zatem zmniejszona w przybliżeniu do poziomu mocy −1,5 dB.

Na przykład w radarze z syntetyczną aperturą przypadek ten występuje również w trybie Spotlight, ponieważ wszystkie odebrane sygnały echa z różnych pozycji satelity są wykorzystywane do przetwarzania sygnału. Tylko obszar, który satelita może równomiernie oświetlić z różnych kierunków, może być wykorzystany do obliczenia obrazu radarowego z syntetycznej apertury. Poprawia to również zdolność rozdzielczą wynikającą z szerokości diagramu anteny dwukierunkowej (−3 dB)·sin(30°) = (−1,5 dB)

Warto zauważyć, że zależność ta może być również zastosowana do radaru monostatycznego, który promieniuje pionowo w dół: W tym przypadku kąt depresji jest równy 90°, a sinus tego kąta jest równy jeden. W ten sposób jego zdolność rozdzielcza pozostaje na zwykłym poziomie −3 dB.

Dalsze zastosowania

Rysunek 3: Moduł radaru FMCW z antenami o różnych rozmiarach do nadawania i odbioru.
(Dzięki uprzejmości RFbeam Microwave GmbH)

Rysunek 3: Moduł radaru FMCW z antenami o różnych rozmiarach do nadawania i odbioru.
(Dzięki uprzejmości
RFbeam Microwave GmbH)

Innym zastosowaniem jest na przykład radar ze skanowaniem stożkowym tylko na ścieżce odbiorczej (COSRO), taki jak historyczny radar śledzenia celów Typu 275 .

Jednak bardziej nowoczesne radary wykorzystują również różne anteny nadawcze i odbiorcze, takie jak K-MC4 firmy RFbeam Microwave GmbH, który działa w paśmie częstotliwości 24 GHz (rys. 3). Dzięki temu modułowi radarowemu możliwa jest realizacja metody monopulsowej w jednej płaszczyźnie. Można jednak użyć tylko jednego kanału odbiorczego. Oznacza to, że charakterystyki anten nadawczej i odbiorczej nakładają się na siebie. Promienie listki boczne nadawczej i odbiorczej znajdują się pod różnymi kątami, a ich intensywność jest zmniejszona.