mini|250px|Das Cosecans²-Diagramm: die praktische Form des Cosecans²-Diagramms in der Grafik stammt von einem Radargerät der SRE-M-Familie. Antennen mit einem Cosecans²-Diagramm sind besondere Antennenbauformen, die besonders für Rundsuch-Radargeräte geeignet sind. Sie erlauben eine situationsangepasste Strahlungsverteilung und kommen den Vorstellungen einer idealen Raumabtastung näher als beispielsweise Antennen mit einem Fächer-Diagramm.
Im Idealfall bewirkt eine cosec²-Charakteristik, dass ein Flugziel, welches sich mit gleich bleibender Höhe auf die Antenne zu- oder von ihr wegbewegt, ein Echo mit konstanter Amplitude am Empfängereingang liefert.
Bei Radaren wird die Parabolantenne oft (z. B. bei SRE-M-Radaren) zur Erzeugungen von zwei Antennendiagrammen verwendet, ein unteres keulenförmiges und ein oberes Cosec²-förmiges Antennendiagramm. Dieses „Doppelbeam“ genannte Antennensystem erlaubt eine individuelle azimut- und entfernungsabhängige Anpassung des unteren Antennendiagramms zur Reduzierung von Clutter (Reflexionen von Erdboden). Zur Erzeugung eines unteren und eines oberen Antennendiagramms wird der Parabolreflektor über zwei übereinander angeordnete Feed-Antennen (meist Hornstrahler) eingespeist. alternativtext=|rand|zentriert|mini|500x500px|Strahlungscharakteristik eines Radars, dass mit zwei Feed-Antennen an einem Parabolreflektor ein Keulen- und ein Cosekansquadrat-Diagramm erzeugt. mini|Zwei Feed-Antennen eines Airport Surveillance Radars zur Erzeugung von zwei Antennendiagrammen mit einem Reflektor mini|350x350px|Geometrie zum Cosecans²-Diagramm
Physikalischer Hintergrund Es stellt sich die Frage, welchen Verlauf der Antennengewinn als Funktion des Erhebungswinkels eines Zielobjekts aus Sicht des Radars haben muss, dass (in einem gewissen Bereich der Entfernung bzw. des Erhebungswinkels ) die Empfangsleistung unabhängig von der Entfernung ist. Bei Annahme, das Sende- und Empfangsantenne identisch sind, gilt folgende vereinfachte Radargleichung:
Hierbei bedeutet: : Leistung des empfangenen Signals (engl. receive power) : Sendeleistung (engl. transmit power) : Antennengewinn der Sende- bzw. Empfangsantenne : Wellenlänge der Trägerfrequenz : effektive Reflexionsfläche des Zielobjekts (engl. Radar Cross Section, RCS) : Entfernung zwischen Antenne und Zielobjekt
Dies bedeutet, dass, wenn alle anderen Parameter in diesem Zeitabschnitt als annähernd konstant angesehen werden, die Leistung des empfangenen Signals proportional zum Quadrat des Antennengewinns ist:
Der Gewinn einer Radarantenne ist abhängig vom Erhebungswinkel, in den ein Anteil des Sendesignals gesendet und aus dem das reflektierte Signal empfangen wird. Für den Erhebungswinkel zum Zielobjekt gilt bei Vernachlässigung der Erdkrümmung:
Will man erreichen, dass in einem gewissen Bereich des Erhebungswinkels (zwischen den Punkt 1 und Punkt 2 in der Grafik), die empfangene Leistung bei konstanten Flughöhe des Zielobjekts (am Punkt P in der Grafik) unabhängig von der Entfernung ist, so muss der Antennengewinn umgekehrt proportional zum Quadrat des Sinus des Erhebungswinkels, bzw. proportional zum Quadrat des Kosekans des Erhebungswinkels sein:
Invertiertes Cosecans²-Diagramm mini|250px|Ein invertiertes Cosecans²-Diagramm, verwendet für ein Vessel-Traffic-System-Radar. Wenn Ziele auf dem Erdboden oder auf dem Wasser geortet werden sollen, wird meist eine Inverse Cosecans²-Antenne verwendet. Das ist eine Cosecans²-Antenne, deren Cosecans²-Antennendiagramm um 180° gedreht (also auf den Kopf gestellt) ist. Dadurch wird ein der Erdoberfläche angeschmiegtes vertikales Antennendiagramm erzielt, welches eine bevorzugte Auffassung von Objekten am Boden bewirkt, während hochfliegende Ziele ignoriert werden. Diese Antennen werden von Flugfeldüberwachungsradargeräten, vom Küstenschutzradar und von einigen Schiffsradargeräten verwendet.
Stacked-Beam-Cosecans²-Diagramm mini|250px|Prinzip einer Stacked-Beam-Cosecans²-Antenne mini|250px|Nach Höhenwinkeln gestaffelte Hornstrahler eines Stacked-Beam-Radargerätes (hier: P-40 (Long Track)) Bei einer Stacked Beam Cosecans²-Antenne wird ein Reflektor durch mehrere übereinander angebrachte Primärstrahler angestrahlt. Jeder Primärstrahler strahlt bereits gerichtet ab. Verteilt man die Sendeleistung ungleichmäßig auf die einzelnen Strahler, so nähert sich die Antennencharakteristik in der Summe der Einzeldiagramme der Cosecans²-Charakteristik an.
Wird für jeden Primärstrahler auch ein eigener Empfangskanal verwendet, kann auch eine Höhenzuordnung erfolgen, da nun einzelne Flugziele einzelnen Beams zugeordnet werden können.
Siehe auch Sekans und Kosekans
Weblinks Radargrundlagen – u. a. Herleitung des Begriffes „Cosecans²“
Einzelnachweise
Kategorie:Flächenantenne Kategorie:Antennendiagramm Kategorie:Radar