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Monopulsantenne

Unter dem Begriff Monopuls-Antenne (oder Interferometer Antenne) werden Antennen zusammengefasst, die als Antennengruppe aufgebaut sind und die eine Besonderheit in der Speisung aufweisen: Die Einzelantennen werden nicht immer summenbildend zusammengeschaltet. Für verschiedenste Zwecke können durch einen Monopuls-Duplexer unterschiedliche Summen und Differenzen gebildet werden.

• Im Primärradargerät RRP-117 werden
  • im Sendemoment alle Antennen zusammengefasst

    
    Bild 2: Schnitt durch eine Antennengruppe
    einer Phased Array Antenne

  • in der Empfangszeit nur bestimmte Gruppen zusammengefasst, deren Summen oder Differenz eigene Verarbeitungskanäle speisen.
  Auf diese Weise werden mit nur einem Sendeimpuls alle Daten empfangen, die für eine Zielerkennung nötig sind. Deshalb ist beim RRP die notwendige Trefferzahl (1 bis 3) sehr gering.

• Im Sekundärradargerät IFF/SIF Siemens 1990 wird
  • eine Impulsgruppe im Summenkanal gesendet und
  • ein Impuls im Differenzkanal.
  Die Monopulsantenne wird also zur Nebenkeulenunterdrückung benutzt.

Diese beiden Beispiele zeigen: Eine Monopulsantenne ist wiederum keine eigenständige Antennenart.
Das IFF/SIF Siemens 1990 benutzt eine Antennengruppe aus logarithmisch-periodischen Antennen und das RRP-117 hat eine Phased Array Antenne.

Monopulsverfahren

Bei einer klassischen Radarantenne, die nicht für das Monopulsverfahren ausgelegt ist, erhalte ich auch dann Echos, wenn die Antenne noch nicht ganz genau in die Richtung des reflektierenden Objektes zeigt.

Da der Öffnungswinkel aller Antennen einen endlich kleinen Wert hat, erhält man mehrere Antwortimpulse, die, da die Antenne sich ja ständig weiterdreht, eigentlich jeder zu einem anderen Seitenwinkel zugeordnet werden können. Der wahre Seitenwinkel muss dann aus einer Anzahl von Antworten korrelliert werden. Bei älteren analogen Radargeräten geschieht das visuell durch den Operator am Bildschirm, bei weniger alten Radargeräten bei denen dieser Vorgang automatisiert abläuft, wird im Plotextraktor mit dem so genannten Sliding Window- Verfahren eine Art einfache Korrelation durchgeführt und aus den verschiedenen Seitenwinkelangaben ein Durchschnitt gebildet.

Ein Echo genügt!

In einer Monopulsantenne kann durch Vergleich von Summen- und verschiedenen Differenzkanälen eine Lokalisierung des reflektierenden Objektes innerhalb des Radarbeams erfolgen.

Durch eine gegenphasige Kopplung der linken zu den rechten Antennengruppen wird ein Differenzkanal (Δ_Az) (sprich: „Delta Azimut”) gebildet. Der Azimut wird nun dadurch bestimmt, dass in diesem Winkel bei einem Maximum des Summenkanals der Differenzkanal ein Minimum haben muss. Da der Summenkanal (Σ) und der Differenzkanal aus nur einem Echo gebildet werden können, genügt (zumindest in störungsfreier Umgebung) ein Impuls zur genauen Berechnung der Koordinaten. (Deshalb erhielt diese Antennengruppierung auch den Namen Monopulsantenne.)

Das Verhältnis von Summenkanal zum Differenzkanal ist das Maß für die Abweichung der realen Richtung von der Mittelachse der Antenne (englisch: „Boresight”). Die Winkeldifferenz zwischen Mittelachse der Antenne und dem tatsächlichen Seitenwinkel des Targets wird „Off-Boresight Angle” (OBA) genannt.

Bei 3D- Radargeräten wird als dritte Koordinate auch noch der Höhenwinkel gemessen. Auch hier kann das Verfahren angewendet werden. Hier wird die Antenne in eine obere und eine untere Hälfte gruppiert. Der zweite Differenzkanal (Δ_El) heißt nun „Delta Elevation”.

Die Monopulsantenne ist nun also in vier Quadranten aufgeteilt:

Aus den Empfangssignalen dieser vier Quadranten werden folgende Signale gebildet:

• Summenkanal Σ    ( I + II + III + IV )
• Differenzkanal Δ_Az ( I + IV ) - ( II + III )
• Differenzkanal Δ_El ( I + II ) - ( III + IV )

Der Vollständigkeit halber soll auch noch der

• Auxiliary Channel Ω

genannt werden, obwohl dieser nicht an die Monopulsantenne gebunden ist. Dieser Kanal zur Kompensation von Nebenkeulen hat praktisch immer seine eigene kleine Antenne, die mit ihrem gewollt breiten Antennendiagramm auch zur Erkennung von aktiven Störungen dient.

Alle diese Signale benötigen einen eigenen Empfangsweg. Moderne 3D- Radargeräte haben also mindestens vier parallel arbeitende Empfangskanäle.