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Radarantenne

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Die von einem Primärradar-Sensor (engl. Primary Radar Sensor, PSR) oder Sekundärradar-Sensor (engl. Secondary Surveillance Radar, SSR) und IFF (engl. Identification Friend or Foe) erzeugten, hochfrequenten Signale werden je nach Typ und Verwendungszweck des Radarsensors, mittels einer oder mehreren Antennen und/oder mittels unterschiedlichen Antennendiagramme abgestrahlt.[1][2]

Der Empfang der passiven Echos von Zielobjekten bei PSR-Radar-Sensoren und bei SSR- und IFF-Radar-Sensoren der Empfang von aktiven Antwort-Telegramme (engl. Reply) von SSR- oder IFF-Transpondern erfolgt, je nach Typ und Verwendungszweck des Radarsensors, mittels einer oder mehreren Antennen und/oder mit Hilfe von unterschiedlichen Antennendiagramme.

Je nach Verwendungszweck des Radarsensensors unterscheiden sich die Antennen darin, ob sie

  • fest eingebaut sind,
  • kontinuierlich um 360° rotieren, oder
  • in einem begrenzten Winkelbereich in Elevation und Azimut hin- und her-scannen.

Bei rotierenden oder scannenden Antennen, ob das Antennendiagramm mittels einer mechanisch gedrehten bzw. geschwenkten Antenne, oder elektronisch, mittels eines Phased-Arrays erzeugt wird. Dies sind:

  • mechanisch-rotierende Antennen, oder
  • mechanisch scannende Antennen (engl. mechanical scanning, mscan),
  • elektronisch-rotierende Phased-Array-Antennen,
  • elektronisch scannende (engl. electronically scanning, escan) Phased-Array-Antennen.

Die Radar-Antennen unterscheiden sich nach Verwendungszweck des Radarsensensors bei Antennendiagramme bzw. Antennengewinne:

  • rundstrahlende Bord-Antennen mit kleinem Antennengewinn von ca. 5 dBi, z. B. bei SSR- und IFF-Transpondern in Luftfahrzeugen
  • in Horizontalwinkel-Quadranten mit jeweils 90° Breite aufgeteilte verwendet, mit einem Antennengewinn kleiner 9 dBi, z. B. ACAS (engl. Airborne Collision Avoidance System) an Bord von Luftfahrzeugen
  • gerichtete Antennen mit kleinem Antennengewinn, z. B. Radar-Altimeter (RA) in Luftfahrzeugen mit ein oder zwei Antennen nach unten strahlend,
  • gerichtete Antennen mit hohem Antennengewinn z. B. um 360° rotierende PSR-Antennen mit Antennengewinnen bis 38 dBi z. B. bei der Flugsicherung (engl. Air Traffic Control, ATC) verwendeten PSR- und/oder SSR-Radarsensoren um 360° rotierende SSR- und IFF-Antennen mit Antennengewinnen zwischen ca. 17 dBi bis 28 dBi z. B. bei der Flugsicherung verwendeten SSR-Radarsensoren.
  • Antennen von Radaren, die in einem kleineren Winkelbereich scannen z. B. dem Präzisionsanflugradar (engl. Precision Approach Radar, PAR)

Allgemeines

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Radarantennen eines kombinierten Primär- und Sekundärradars: Es handelt sich um ein Airport-Surveillance-Radar (ASR). Erkennbar ist der große Parabol-Reflektor des Primärradars in der Mitte, die aus zwei Hornstrahlern bestehende Erregerantenne des Primärradars und darüber die schmale LVA-Antenne des Sekundärradars.
Radarantenne unter einem Radom: Die Radarantenne besteht hier aus einem Panel aus Patchantennen
Radom, zum Schutz von einer oder mehreren darin befindlichen Radarantennen.
Antenne der Radaranlage des Binnenschiffs Kelheim (Hier beim Kraftwerk Melk, Österreich, 2019)
Flache Radarantennen, die in mehrere Richtungen zeigen, auf dem Hubschrauber-Begleitschiff Hyūga der japanischen Selbstverteidigungsstreitkräfte

Je nach Typ und Verwendungszweck des Radarsensors werden:[1][2]

  • zum Aussenden von PSR- und/oder SSR-Signalen als auch zum Empfang die gleiche Antenne verwendet, z. B. bei PSR-Radar-Sensoren zum Empfang der passiven Echos von Zielobjekten und bei SSR- und IFF-Radarsensoren zum Empfang der aktiven Antwort-Telegramme (engl. Reply) von SSR- oder IFF-Transpondern
  • mehrere Antennen benötigt, um die benötigten Antennendiagramme zu erzeugen, z. B. SSR- oder IFF-Sensoren ein gerichtetes Antennendiagramm für Abfragen und Empfang und ein omnidirektionales Diagramm für die Side Lobe Suppression (SLS, dt. Nebenkeulenunterdrückung)
  • zwei räumlich versetzte Antennen zur Entkopplung zwischen Radar-Sender und Radar-Empfänger benötigt, FM-CW-basierten Radar-Altimeter
  • eine oder mehrere unterschiedlichen Antennendiagramme zum Senden und/oder Empfang verwendet werden
  • die für die Aussendung und Empfang von PSR- und SSR-Radarsignale verwendeten Antennen sind Monostatischen Radaranlagen am gleichen Standort auf- oder eingebaut, z.T auch als Kombination zwischen zwei Radar-Sensoren z. B. kombinierter PSR- und SSR- oder IFF-Radar-Sensors bei einer ASR (engl. Airport Surveillance Radar) oder SRE-M-Radaranlage,
  • Bei Bi- oder Multistatischen Radarsystemen können die Antennen der/des Sender(s) und/oder der Empfänger an verschiedenen Standorten auf- oder eingebaut
  • ein oder mehrere unterschiedliche Antennendiagramme bei Aussendung der PSR-, SSR- und IFF-Radarsignale und ein oder mehrere unterschiedliche Antennendiagramme zum Empfang der passiven Radar-Echos an Zielobjekten bei PSR-Radar-Sensoren und bei SSR- und IFF-Radarsensoren der Empfang von aktiven Antwort-Telegramme (engl. Reply) von SSR- oder IFF-Transpondern verwendet werden
  • in Azimut und Elevation unterschiedlich geformte Antennendiagramme verwendet werden, z. B. in der Elevation bezogen auf die Horizontal-Ebene Hogtrough oder cosec²-geformte Antennendiagramme bei SSR und IFF-Radarsensoren
  • unterschiedliche Winkel-Breite und Gewinn der Hauptkeule (engl. Main Beam) der Radarantenne erfordern, abhängig von den betrieblichen Anforderungen der Flugsicherung an die benötigte Zielauflösung in Azimut und/oder Elevation
  • unterschiedliche Frequenzbereiche genutzt werden, z. B. L-, S-, C- oder X-Band, wodurch die Größe der Radarantenne bei gleichem Gewinn der Antenne mit zunehmend kleiner werdenden Wellenlänge, bei gleichem Gewinn, auch kleiner werden
  • je nach betrieblich geforderter Anzahl von Zielbestätigungen pro Minute, sowie der geforderten Erfassungsreichweite von Radarsensoren, drehen oder scannen in Azimut- und/oder Elevation-Winkeln die Radarantennen unterschiedlich schnell. Die maximal mögliche Zielerneuerungsrate ist aufgrund der für die Laufzeit pro Nautischer Meile (NM) Reichweite auf dem Hin- und Rückweg mit 12,36 µs pro NM begrenzt, z. B. 714,6 µs bei einem ASR-Radarsensor und 2,47 µs bei einem SRE-M-Radarsensor mit 200 NM Erfassungsreichweite. Hinzu kommen die für die Aussendung von PSR-, SSR- und IFF-Radarsignalen benötigten Zeiten, und der zum Empfang und Auswertung von Radarsignalen zusätzlich benötigten Zeiten, sowie die bei SSR- und IFF-Transponder definierten Antwortverzögerungen (engl. Reply-Delay).
  • Radarantennen können sowohl mit linear horizontal oder vertikal polarisierte Polarisation verwendet werden und/oder fest eingebaute oder zuschaltbare Zirkulatoren für die Erzeugung von zirkular oder elliptischer Polarisation. Ein PSR bietet bei zirkularer Polarisation eine bessere Zielentdeckung in Regenwolken.

Zu einer Radarantenne gehörende Komponenten

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Mechanisch drehende und scannende Radarantennen benötigen zusätzlich zu der PSR-, SSR- oder IFF-Antennen

  • zwei oder mehr Antriebsmotoren mit Drehzahlstabilisierung, um auch bei hoher Windlast, ohne Nutzung eines Radoms, eine stabile Drehzahl der Radarantennen zu ermöglichen
  • Antennenlager
  • zwei- bis neun-kanalige Hohlleiterdrehkupplung[3][4] zur Übertragung der PSR-, SSR- oder IFF-Signale, optional auch mit Slipring (dt. Schleifringübertrager)
  • Hohlleiterund/oder Koaxialkabel von den Sendern und Empfängern des Radarsensoren zur Hohlleiterdrehkupplung und von der Hohlleiterdrehkupplung zu den PSR-, SSR- oder IFF-Antennen
  • Drehwinkelgeber die den Azimutwinkel, d. h. die Ausrichtung der Radarantenne oder Radarantennen bezogen auf geographisch Nord liefern
  • Azimut- und Elevations-Winkelgeber bei PAR-Anlagen die den Azimut und Elevationswinkel bei horizontal- und/oder vertikal-scannend Radarantennen liefern, z. B. PAR
  • optional, ein Radom zum Schutz der Radarantenne, bzw. Radarantennen vor Wind und Regen, Schnee- und Eisablagerung

Radarantennentypen

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  • Antennen-Arrays aus (bi-)direktionalen Antennen, z. B. Freya
  • Phased Antenna Arrays aus direktionalen Antennen, z. B. Überhorizontradar (en. Over The Horizon Radar, OTHR)
  • parabolförmige Reflektoren mit einem oder mehren Hohlleiter-Erregern oder Dipolen, die elektromagnetische Wellen mit linearer horizontaler oder vertikaler Polarisation erzeugen, und/oder fest eingebaute oder zuschaltbare Zirkulatoren für die Erzeugung von zirkularer oder elliptisch polarisierten Wellen Anmerkung: Bei PSR erlaubt die Nutzung von zirkular polarisiert abgestrahlten Radarsignalen eine verbesserte Entdeckung von Zielen in Regenwolken
  • Hogtrough-Antennen-Arrays für SSR oder IFF mit symmetrisch, um die Horizontale verteilten Elevationsantennendiagramm, z. B. bestehend aus Hornstrahlern, oder LPD-Antennen (engl. Logarithmic Perodic Antenna)
  • LVA-Antennen (engl. Large Vertical Array) der SSR- und IFF-Systeme

Siehe auch

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Commons: Radarantenne – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

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  1. 1 2 Radar: Introduction to Radar Systems — Online Course. In: https://www.ll.mit.edu/. Lincoln Laboratory, Massachusetts Institute of Technology (MIT), abgerufen am 18. April 2025 (englisch).
  2. 1 2 Christian Wolff: Das Prinzip von Radargeräten. In: radartutorial.eu. Abgerufen am 15. Oktober 2026.
  3. ↑ SPINNER, Air Traffic Control, Superior Rotary Joints for ATC, Edition C.1/2023. (spinner-group.com [PDF]).
  4. ↑ RF Rotary Joints, Diamond Antenna and Microwave. (diamondantenna.com).
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