Grundlagen der Radartechnik

Serpentinen-Speisung

Eine Serpentinen-Speisung (oder auch engl. snake feed) liegt vor, wenn die Zeilen einer linearen frequenzgesteuerten Phased Array Antenne seriell über Umwegleitungen gespeist wird.

Für eine Schwenkung des Antennendiagramms um den Winkel ±θ₁ wirkt das Verhältnis von dem Abstand der Strahlergruppen untereinander D zu der Länge der Umwegleitung L. Die Umwegleitung zwischen den Strahlergruppen bewirkt in Abhängigkeit ihrer Länge eine Phasenverschiebung von:

wobei λ_h die Wellenlänge im Hohlleiter abhängig von der höheren Gruppengeschwindigkeit ist. Für eine Schwenkung um den Winkel ±θ₁ wird eine Änderung der Wellenlänge der Sendefrequenz benötigt von:

mit λ₀ als die Wellenlänge bei der mittleren Sendefrequenz.

Die Umwegleitungen haben meist eine größere Länge als das geradzahlige Vielfache der halben Wellenlänge. Das ist notwendig, weil dann auch geringere Frequenzänderungen die notwendige Phasenverschiebung für eine Schwenkung des Antennendiagramms im Höhenwinkel (Elevation) bewirken. Um einen Schwenkwinkel von ± 45° zu ermöglichen müsste bei einem Verhältnis von D/L=5 die Bandbreite der Antenne etwa 30% betragen, was kaum zu realisieren ist. Bei dem Verhältnis D/L=20 genügen 7%.

Diese Frequenzänderung bewirkt jedoch nicht nur eine Phasenverschiebung für eine Änderung der Abstrahlung im Höhenwinkel, sondern wirkt sich auch auf die Phasenverschiebung innerhalb jeder Antennenzeile aus. Das resultierende Antennendiagramm verschiebt sich also nicht nur im Höhenwinkel, sondern auch im Seitenwinkel. Die Schwenkebene liegt somit schräg im Raum. Ältere Radargeräte vor allem russischer Herkunft haben deshalb einfach die gesamte Antenne verdreht um diese vom Höhenwinkel abhängige Azimutverschiebung zu kompensieren. In amerikanischen Radargeräten ähnlicher Bauart wurde dieser Seitenwinkelfehler softwaremäßig korrigiert. Wesentlicher Nachteil dieser Art von Phased Array Antenne ist die Begrenzung auf schmalbandige Sendesignale. Bei breitbandigen Sendesignalen würden Teile des Sendesignals in eine ganz andere Richtung geschwenkt werden.