Nebenzipfeldämpfung

Als Nebenkeulenunterdrückung bezeichnet man die Verfahren in der Radartechnik, die negative Auswirkungen unterdrücken, die der Empfang von Signalen über die Nebenkeulen im Antennendiagramm der Antennen bewirkt.

Problematik

Antenne des PRW-13 „Odd Pair“: Neben der großen Richtantenne mit einem Fächerdiagramm ist eine kleinere Kompensationsantenne angebracht.

Richtantennen haben in ihrer Richtcharakteristik meist mehr als zwei Maxima. Neben der Hauptkeule haben sie mehrere Nebenkeulen (manchmal auch Nebenzipfel genannt), welche möglichst klein sein sollen. Bei Radarempfängern muss die Dynamik des Empfängers oft einen größeren Wert als die Nebenkeulendämpfung der Antenne aufweisen und deshalb ist oft ein Empfang von Signalen durch die Antenne über die Nebenkeulen nicht zu verhindern. Die Signale, die über die Nebenkeulen empfangen wurden, müssen dann durch zusätzliche Maßnahmen verringert oder unterdrückt werden.

Anwendung im Primärradar

Der Empfang über die Nebenkeulen einer Antenne bei einem Primärradar ist unerwünscht, da die Genauigkeit der Richtungsbestimmung durch das Richtdiagramm der Antenne bestimmt wird und durch einen Nebenkeulenempfang verschlechtert wird. Denn selbst Antennen mit geringen Nebenkeulen im Antennendiagramm empfangen oft noch einen nicht vernachlässigbaren Anteil von Energie über die Nebenkeulen oder die Rückkeule.

In der Praxis werden mehrere Möglichkeiten verwendet, eine aktive Nebenkeulenunterdrückung zu realisieren. Grundprinzip ist bei allen Verfahren, neben der Richtantenne auch mindestens eine Kompensationsantenne mit relativ breitem Öffnungswinkel oder sogar einen Rundstrahler zu verwenden, welche dann einen eigenen Empfangskanal als Unterdrückungskanal speisen.

Die Kompensationsantenne hat eine viel kleinere Hauptkeule als die Richtantenne. Idealerweise haben die Nebenkeulen aber die gleiche Form und Größe, wie die von der Richtantenne. Deshalb sind in diesem Unterdrückungskanal die Nebenkeulen im Verhältnis zu seiner Hauptkeule sehr viel größer als in der Richtantenne. Im einfachsten Fall kann das Signal des Unterdrückungskanals nach einer Verstärkungsfaktor-Optimierung vom Signal des Hauptempfängers subtrahiert werden. Die Nebenkeulen werden somit kompensiert und von der Leistung in der Hauptkeule bleibt ein wesentlicher Teil übrig. Das Verhältnis Hauptkeule zu den Nebenkeulen wird im Gesamtsystem somit entscheidend verbessert.

Nebenkeulenunterdrückung im Sekundärradar

In der Sekundärradartechnik wirken sich die Nebenkeulen besonders ungünstig aus. Hier können nämlich Ziele auch über die Nebenkeulen abgefragt werden und dann auch über diese antworten. Dieser Umstand resultiert aus den wesentlich besseren Sende- und Empfangsbedingungen für Sekundärradargeräte. Solche Antworten können auf dem Radarschirm nicht mehr eindeutig zugeordnet werden. Vielmehr erscheinen sie als mehrere Ziele im gleichen Abstand, aber in verschiedenen Richtungen. Im Extremfall kann ein Flugzeug während einer Umdrehung der Antenne permanent abgefragt werden. So ein Ziel erscheint dann auf dem Sichtgerät als voller Kreis (sogenannter ring around). Die Verfahren zur Unterdrückung der Nebenkeulenauswirkungen bezeichnet man im Sekundärradar allgemein mit dem englischen Begriff für die Nebenkeulenunterdrückung als SLS (Side Lobe Suppression).

Die Unterdrückungsverfahren können auf dem Abfrageweg (ISLS – Interrogation-Path SLS)oder auf dem Antwortweg (RSLS – Reply-Path SLS) eingesetzt werden.

Nebenkeulenunterdrückung auf dem Abfrageweg

Interrogation Path SLS

Wie beim Primärradar wird eine Antenne mit einer Rundstrahlcharakteristik neben der Richtantenne verwendet. Da das Sekundärradar aber mit aktiven Antworten arbeitet, kann hier eine effektivere Methode zur Unterdrückung verwendet werden. Die beiden Abfrageimpulse (P1 und P3) werden über das stark gebündelte Diagramm (Main-Antenne) abgestrahlt. Ein dritter Impuls, P2 genannt, wird aber nur mit einem Rundstrahler (Omnidirectional Antenna) abgestrahlt.

Im Transponder wird nun untersucht, wie groß der P2 Impuls im Verhältnis zu den P1 und P3 Impulsen ist. Ist der P2 Impuls in der Amplitude kleiner als P1, dann empfängt der Transponder das Signal aus der Hauptkeule und muss antworten. Ist der P2 Impuls größer oder gleich dem P1, dann empfängt der Transponder das Signal aus einer Nebenkeule und darf nicht antworten.

Nebenkeulenunterdrückung auf dem Antwortweg

Eine zweite Möglichkeit der Nebenkeulenunterdrückung kann auf dem Antwortweg durchgeführt werden. Hier werden Antworten, die aus der Nebenkeule empfangen werden, unterdrückt. Viele dieser Antworten würden als Störung in Erscheinung treten, die als „Fruit“ bezeichnet werden.

Das Prinzip ist auch hier wieder der Amplitudenvergleich von zwei Signalen, die über unterschiedliche Antennencharakteristiken empfangen werden. Alle Antwortimpulse werden über beide Antennensysteme empfangen und in zwei identische Empfangskanäle eingespeist. Da die Verarbeitung in beiden Kanälen gleich ist, bleibt der durch die verschiedenen Antennen gewonnene Unterschied erhalten. In einer Auswerteschaltung werden Antworten aus den Nebenkeulen unterdrückt.