Radar Grondbeginselen

Tweeweg antennepatroon

Een tweeweg antennepatroon (in het Engels: two-way beamwidth of two-way antenna pattern) treedt over het algemeen op wanneer een radar een ander antennepatroon gebruikt bij zenden dan bij ontvangen. Dit is bijvoorbeeld het geval bij multifunctionele radars die gebruik maken van digitale bundelvorming. Zo'n radar moet bijvoorbeeld de hele ruimte verlichten met een waaierpatroon in de zendmodus, die vervolgens moet worden gescand door gelijktijdig gevormde individuele smalle ontvangstpatronen in de ontvangstmodus. De superpositie van het uitgezonden antennepatroon met het antennepatroon dat effectief is tijdens de ontvangst is dan een tweeweg antennepatroon.

Figuur 2: Tweeweg antennepatroon als gevolg van verschillende invalshoeken

Figuur 2: Tweeweg antennepatroon als gevolg van verschillende invalshoeken

Toepassing op bistatische SAR en SLAR

Voor een bistatische zijwaarts gerichte radar in de lucht kan een bidirectioneel antennepatroon ook worden geproduceerd door verschillende invalshoeken. Als bijvoorbeeld een symmetrisch antennepatroon van een satelliet schuin invalt op het aardoppervlak, resulteert dit in een verlicht gebied van een ellips waarvan de oppervlakte kan worden berekend uit de lengten van de hoofdas en de korte as.

(1)

• Θ_B = halve breedte van de vermogenscurve van de antenne
• R·Θ_B = geldige benadering bij kleine hoeken
• R = schuine afstand
• γ = depressiehoek

De depressiehoek is de hoek tussen de horizontale lijn en de vizierlijn van de radar.

Echter, een tweede satelliet, ook gericht op dit oppervlak vanuit een andere positie met hetzelfde antennepatroon, produceert een ellips die gedraaid is vergeleken met de eerste. Alleen het gebied dat wordt verlicht door de twee ellipsen (die in extreme gevallen kruislings op elkaar liggen) kan worden waargenomen. Meerdere van zulke ellipsen onder verschillende invalshoeken vormen op het aardoppervlak slechts een kleine cirkel van de grootte die door alle ellipsen wordt ingesloten. Dus een cirkel met de diameter van RΘ_B. De verhouding van de oppervlakte van de cirkel tot de oppervlakte van de ellips is dan slechts gelijk aan sin(γ). Met een depressiehoek van 30° resulteert dit in een factor van precies 0,5 - waarmee het reflecterende oppervlak en dus ook het gereflecteerde vermogen afneemt. De bruikbare diagrambreedte van de afzonderlijke antennediagrammen wordt dus ongeveer gereduceerd tot het vermogensniveau van −1,5 dB.

In een synthetische apertuurradar, bijvoorbeeld, doet dit geval zich ook voor in spotlightmodus, omdat alle ontvangen echosignalen van verschillende satellietposities worden gebruikt voor signaalverwerking. Alleen het gebied dat de satelliet gelijkmatig kan verlichten vanuit verschillende richtingen kan worden gebruikt om het radarbeeld van de synthetische apertuur te berekenen. Dit verbetert ook het oplossend vermogen als gevolg van de diagrambreedte van het tweezijdige antennediagram (−3 dB)·sin(30°) = (−1,5 dB).

Het is opmerkelijk dat deze relatie ook kan worden toegepast op een monostatische radar die verticaal naar beneden straalt: Hier is de depressiehoek dan gelijk aan 90° en de sinus hiervan gelijk aan één. Het oplossend vermogen blijft dus gelijk aan de gebruikelijke −3 dB.

Verdere toepassingen

Figuur 3: Een FMCW-radarmodule met verschillende antennegroottes voor zenden en ontvangen.
(Met dank aan RFbeam Microwave GmbH)

Figuur 3: Een FMCW-radarmodule met verschillende antennegroottes voor zenden en ontvangen.
(Met dank aan
RFbeam Microwave GmbH)

Een andere toepassing is bijvoorbeeld een radar met alleen conische scan op het ontvangstpad (COSRO), zoals de historische doelzoekradar Type 275 .

Maar modernere radars gebruiken ook verschillende zend- en ontvangstantennes, zoals de K-MC4 van RFbeam Microwave GmbH, die in de 24-GHz frequentieband werkt (Fig. 3). Met deze radarmodule is het mogelijk om de monopulsmethode in één vlak te realiseren. Er kan echter maar één ontvangstkanaal worden gebruikt. Dit betekent dat de antennepatronen van de zend- en ontvangstantennes elkaar overlappen. De sidelobes van de zend- en ontvangstantennes staan onder verschillende hoeken en de intensiteit van de sidelobes wordt verminderd.