Active Electronically Scanned Array

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Das Active Electronically Scanned Array (AESA), auch bekannt als Aktives Phased-Array-Radar bildet ein Radar-System mit aktiver elektronischer Strahlschwenkung. Seine Funktion basiert auf vielen einzelnen, kleinen Sende-/Empfangsmodulen.

Die Ausrichtung sowie Bündelung des Radarstrahls erfolgt wie bei passiven Phased-Array-Radar-Systemen (PESA-Systemen) durch die Phasenverschiebung zwischen den einzelnen Modulen auf der Antennenfläche. Ein AESA-Radar hat somit die gleichen Eigenschaften und Vorteile wie ein passives Phased-Array-Radar. Der Unterschied besteht darin, dass hier jedes Modul einen eigenen HF-Generator hat, während die passive Variante eine gemeinsame HF-Quelle einsetzt, deren Signal über digital gesteuerte Phase-Shift-Module modifiziert wird. Die Speiseleitungen von der Wanderfeldröhre zu den Phasenschiebern entfallen bei AESA-Systemen, wodurch diese kompakter zu bauen sind. Der schaltungstechnische Aufwand ist allerdings bei AESA insgesamt größer.

Einsatz in Flugzeugen

Gegenüber klassischen Radarsystemen ist ein Phased-Array-System grundsätzlich mechanisch einfacher aufgebaut. Es benötigt weder Stellmotoren, um die Radarkeule nach Seiten- oder Höhenwinkel zu verschwenken, noch Scharniere oder andere Teile, die störanfällig sein können. Es benötigt daher auch weniger Raum, was bei luftgestützten Systemen vorteilhaft ist. Weiterhin ist die Wartung der Radars einfacher, bei gleichzeitiger Erhöhung der Verlässlichkeit: Bis zu 10 % der AESA-Module können ausfallen, ohne die Funktion wesentlich zu beeinträchtigen. Fällt hingegen die Wanderfeldröhre bei einem mechanisch gesteuerten oder PESA-Radar aus, so fällt das Radar vollständig aus.

Beim Einsatz in Kampfflugzeugen sind die Vorteile gegenüber einem herkömmlichen Radar:

• Hohe Geschwindigkeit eines „Radarstrahldurchgangs”, begrenzt aber durch Signallaufzeit.
• Hohe Reichweite in gerader Sichtlinie, abfallend mit steigendem Schwenkwinkel weil die effektive Antennenfläche abnimmt.
• Mehrere Ziele können gleichzeitig verfolgt werden.
• Insgesamt kleinere Sendeleistung, somit geringere Wahrscheinlichkeit, entdeckt zu werden.
• Einsatz als Störsender (Jamming) möglich.
• Erhöhte Ausfallsicherheit, mehrere Module dürfen ausfallen, ohne dass die Funktionsfähigkeit darunter leidet.

Vorteile gegenüber der passiven Variante PESA:

• Erhöhte Ausfallsicherheit und Lebensdauer der Komponenten, da unter anderem keine Hochspannungen oder Wanderfeldröhren benötigt werden.
• Geringeres Gewicht bei vergleichbarer Leistung
• Geringere Wärmeentwicklung gegenüber mit PIN-Dioden aufgebauten Radant-Linsen.
• Erhöhte Vielseitigkeit (z. B. paralleler Einsatz als aktives Störsystem, IFF-Anlage und Kommunikationssystem)
• Die Sendeenergie muss nicht durch den Phasenschieber geleitet werden, ebenso wie empfangene Signale, was die Reichweite erhöht. Phasenverschiebung wird durch entsprechende phasenverschobene Ansteuerung der einzelnen Sendeelemente erreicht. Bei einer PESA-Antenne kann die Empfindlichkeit in diesem Bereich um 10 bis 15 dB sinken^[1].
• Keine Schaltnebenkeulen wie bei mit PIN-Dioden angesteuerten Radant-Linsen.
• Schnellere Scangeschwindigkeit gegenüber ferromagnetischen Linsen.
• Höherer Antennengewinn bei gleichzeitiger hoher Nebenkeulendämpfung.
• Bessere ECCM-Eigenschaften
• Wesentlich geringere Nebenkeule
• Gleichzeitiges Senden auf verschiedenen Frequenzen wodurch Elektronische Gegenmaßnahmen erschwert und bessere LPI-Eigenschaften ermöglicht werden. Aktuelle luftgestützte Radare sind jedoch durch ihrer Auslegung auf eine kleine Zahl von Sende- und Empfangskanälen mit unterschiedlichen Frequenzen limitiert. Auch wird die Reichweite durch dieses Verfahren stark gesenkt.

Nachteil:

• Erhöhter Ansteuerungsaufwand gegenüber ferromagnetischen Linsen, die nur Spalten- und Zeilenadressierung benötigen.
• Höhere Herstellungskosten, aufwändigere Verdrahtung der Antenne.
• Muss geneigt eingebaut werden, ansonsten erhöht sich der frontale Radarquerschnitt.
• Beschränktes Sichtfeld von maximal ±60° in vertikaler wie auch in horizontaler Richtung.

Um das Sichtfeld von max. ±60 Grad zu erhöhen und die mangelhafte Fokussierung im Randbereich zu verbessern,^[2][3] ist es sinnvoll, auch ein AESA-Radar beweglich zu bauen. Die Mechanik kann dabei aber einfacher als bei klassischen Systemen sein, da sie ein Ziel nur grob verfolgen muss. Bei festen Installationen, bei denen Gewicht und Volumen eine untergeordnete Rolle spielen, so auf Flugzeugträgern und Fregatten, ordnet man wiederum jeder Himmelsrichtung eine starre Flachantenne zu; damit werden auch Wetter-Einflüsse auf rotierende Radar-Schüsseln vermieden.

Liste von AESA-Radaren

APAR auf einem Schiff der F124-Klasse

Luftgestützte Systeme

• AN/APG-63(V)2 in der F-15C Eagle (wurde 2000 als erstes einsatzfähige AESA-Radar der Welt eingeführt).^[1]
• AN/APG-63(V)3 für die F-15C und F-15SG; 2006 im Prototypstadium
• AN/APG-77 in der F-22 Raptor.
• AN/APG-79 in der F/A-18E/F Super Hornet.
• AN/APG-80 in der F-16E/F Block 60 Fighting Falcon.
• AN/APG-81 in der F-35 Lightning II.
• AN/APG-82 (ursprünglich als AN/APG-63(V)4 bezeichnet) als Upgrade für die F-15E Strike Eagle und die F-15SE Silent Eagle.
• AN/APQ-181 (AESA-Upgrade derzeit in Entwicklung), im B-2 Tarnkappenbomber.
• BAE Systems Seaspray 7000E, in Helikoptern.
• Captor-E für die Eurofighter Typhoon
• Ericsson Erieye AEW&C und NORA AESA in der Saab 39 Gripen.
• Fasotron Zhuk-AE in der MiG-35
• IAI Phalcon AEW&C Elta-Radarsystem.
• Mitsubishi Electric AESA im Mitsubishi F-2 Kampfflugzeug.
• Northrop Grumman SABR, für F-16 Fighting Falcon Upgrades
• RBE2-AA für die Dassault Rafale Kampfflugzeug ab der vierte Tranche (auszuliefern ab 2012 im Standard F3) bestellt.

Boden- und seegestützte Systeme

• APAR (Active Phased Array Radar) schiffsgestütztes Multifunktionsradar
• IAI EL/M-2080 „Green Pine”, bodengestütztes Frühwarn-AESA Radar
• Sea-Based X-Band Radar zur Verfolgung von Interkontinentalraketen
• AN/TPY-2 für das THAAD-System
• AN/SPY-3 für die Zumwalt-Klasse, Gerald R. Ford-Klasse und CG(X) (Kriegsschiffe der nächsten Generation)
• SAMPSON für die Daring-Klasse und Queen Elizabeth-Klasse

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b} TheFreeLibary.com - Fighters face the Aesa revolution, 2007. Zugriff am 21. Januar 2009
2. ↑ Mit dem Schwenkwinkel abfallende Antennenfläche und Zunahme der unerwünschten Nebenkeulen
3. ↑ Physikalische Grenzen elektronischer Strahlschwenkung