Active Electronically Scanned Array

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.[r 1]

EuroRADAR CAPTOR AESA-Radar beim Eurofighter Typhoon

Funktionsweise

Die Ausrichtung sowie Bündelung des Antennendiagramms zur Richtungsbestimmung erfolgt wie bei passiven Phased-Array-Radar-Systemen (PESA-Systemen) durch die Phasenverschiebung zwischen den einzelnen Modulen auf der Antennenfläche. Ein Distanzunterschied zwischen einer Quelle und den Elementen in der Größenordnung einer Wellenlänge, sowie deren Phasenverschiebung ergeben durch Interferenz Vorzugsrichtungen.

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 Leistungsverstärker und oft auch einen eigenen Hochfrequenz-Generator hat, während die passive Variante eine gemeinsame Hochfrequenz-Quelle einsetzt, deren Signal über digital gesteuerte Phase-Shift-Module modifiziert wird. Die Speiseleitungen und Leistungsteiler von einem zentralen Senderblock zu den einzelnen Phasenschiebern und Einzelstrahlern entfallen bei AESA-Systemen, wodurch diese kompakter zu bauen sind. Der schaltungstechnische Aufwand ist allerdings bei AESA insgesamt größer.

In Multifunktionsradargeräten wird im Sendemoment eine andere Form des Antennendiagramms ausgebildet als in der Empfangszeit. Im Sendefall muss der gesamte abzudeckende Raum mit Sendeenergie gleichzeitig ausgeleuchtet werden. In der Empfangszeit werden darin verschiedene schmalere Antennendiagramme in unterschiedliche Richtungen verteilt. Deshalb werden die in der Antenne vor den Leistungsverstärkern genutzten Phasenschieber nicht auch gleichzeitig für die Empfänger genutzt. In modernen Multifunktionsradargeräten erfolgen die für den Empfangskanal notwendigen Phasenverschiebungen sogar auf digitalem Wege in einem speziellen Prozessor für die Antennendiagrammbildung (Digital Beamforming, DBF).[r 2]

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.

Einsatz in Flugzeugen
Das Phased-Array-Radar einer Lockheed Martin F-22 (2007)
Das N036-1-01-X-Band-AESA-Radar eines Prototyps der Suchoi Su-57 (2009)

Beim Einsatz in Kampfflugzeugen sind die Vorteile eines Aktiven Phased-Array-Radars 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 sind eine erhöhte Ausfallsicherheit und Lebensdauer der Komponenten, da unter anderem keine Hochspannungen oder Wanderfeldröhren benötigt werden und das Radar ein geringeres Gewicht hat. Ein weiterer Vorteil ist das gleichzeitige Senden auf verschiedenen Frequenzen, wodurch Elektronische Gegenmaßnahmen erschwert und die Wahrscheinlichkeit des Auffassens der Radaremissionen durch Andere verringert wird (Low Probability of Intercept). Aktuelle luftgestützte Radare sind jedoch durch ihre Auslegung auf eine kleine Zahl von Sende- und Empfangskanälen mit unterschiedlichen Frequenzen limitiert. Auch wird die Reichweite durch dieses Verfahren stark gesenkt. Weitere Nachteile sind die Notwendigkeit, geneigt eingebaut werden zu müssen, ansonsten erhöht sich der frontale Radarquerschnitt, und AESA-Systeme weisen ein beschränktes Sichtfeld von maximal ±60° in vertikaler wie auch in horizontaler Richtung auf.

Um das Sichtfeld von max. ±60 Grad zu erhöhen und die mangelhafte Fokussierung im Randbereich zu verbessern,[r 1][r 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.

Einsatz auf Schiffen und an Land

Bei festen Installationen, bei denen Gewicht und Volumen eine untergeordnete Rolle spielen, so auf Flugzeugträgern und Fregatten, ordnet man 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

Die folgende Liste von aktiv phasengesteuerten Radarsystemen mit elektronischer Strahlschwenkung umfasst nur eine Auswahl der entwickelten und verfügbaren Systeme.

Luftgestützte Systeme

See- und bodengestützte Systeme

Einzelnachweise

Nachweise auf Radartutorial.eu

  1. Christian Wolff: Phased Array Antennen. In: radartutorial.eu. Abgerufen am 13. September 2022.
  2. Digital Beamforming. In: radartutorial.eu. Abgerufen am 13. September 2022.
  3. Christian Wolff: Güte einer Phased- Array- Antenne. In: radartutorial.eu. Archiviert vom Original am 12. April 2008; abgerufen am 13. September 2022.
  4. Green Pine Radar. In: radartutorial.eu. Archiviert vom Original am 30. Mai 2009; abgerufen am 13. September 2022.

Allgemeine Nachweise

  1. thefreelibrary.com - Fighters face the Aesa revolution, 2007. Zugriff am 21. Januar 2009
  2. Northrop Grumman developing new AESA radar for F-35. Abgerufen am 14. Februar 2023 (englisch).
  3. Bob Fischer: Northrop Grumman entwickelt ein neues Radar für die F-35 Lightning II. 16. Januar 2023, abgerufen am 14. Februar 2023.
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