Grundlagen der Radartechnik

Zylindrische Phased Array Antenne

Eine zylindrische Phased Array Antenne (CPA) besteht aus einer flachen Phased Array Antenne, welche um einen vertikalen Zylinder gewickelt ist. Sie kann für Radaranwendungen verwendet werden und hat in der Regel einen Element-zu-Element-Abstand von nahezu einer halben Wellenlänge wie planare Phased-Array Antennen.

Für ein den Raum zweidimensional absuchendes Radar werden alle übereinander liegenden Antennen zu einer Gruppe mit untereinander konstanten Phasenbeziehungen zusammengefasst. Das kann zum Beispiel auch eine Konstellation sein, wie sie bei einem Large Vertical Aperture vorgenommen wird, um vertikal ein annäherndes Cosecans²-Diagramm zu erzeugen.

Für eine Rotation des Antennendiagramms in der horizontalen Ebene werden von allen vertikalen Antennengruppen nur diejenigen angeregt, welche sich innerhalb eines Sektors von 90° befinden. Dabei wird die kreisförmige Krümmung des aktiven Antennenfeldes durch Phasenschieber elektronisch kompensiert, so dass die Abstrahlung wie bei einer flachen Phased Array Antenne erfolgt. Eine Schwenkung nach rechts erfolgt, indem die vertikale Gruppe links außen abgeschaltet, und dafür eine zusätzliche Gruppe rechts außen zugeschaltet wird. Dieser Sektor wird damit elektronisch im Kreis verschoben, so dass die Abstrahlung wie bei einer mechanisch rotierenden Antenne erfolgt.

Ber Verwendung von geeigneten Strahlern kann diese Antennenart auch als polarimetrische Antenne eingesetzt werden (CPPA).

Das Strahlungsdiagramm für CPPAR mit dem Radius r und N Elementen, die sich auf dem Umfang eines Zylinders bei (φ_n = nΔφ,Z_m) befinden, kann auf einfache Art wie folgt berechnet werden:

(1)

• N = Anzahl der Elemente in der H-Ebene;
• M = Anzahl der Elemente in der E-Ebene;
• A(n,m) = Amplitudenmodulation des nm-ten Elements;
• F_n,m(θ,φ) = Diagramm des aktiven Elements
• φ_n, z_m = die Lage des nm-ten Elements im zylindrischen Koordinatensystem.

Außerdem sind die Antennendiagramme der Einzelelemente des CPAR von ihrer Position abhängig und können aufgrund der Symmetrie wie folgt geschrieben werden:

(2)

Die Amplitudenmodulation A(n,m) enthält sowohl die Amplitude als auch die Phase, die für die Synthese des gesamten Antennendiagramms der Antenne erforderlich sind. Für phasengleiche gebündelte Strahlen unter dem Winkel (θ₀,φ₀) gilt:

(3)

The CPPAR array can be focused on the elevation angle that is not necessarily broadsided or in the plane of the array (θ₀= π/2). Therefore, the array pattern for the cylindrical array in (θ₀,φ₀) direction would be:

(4)