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Polarisation 

Polarisation  die Ausrichtung in Schwingungsebenen der abgestrahlten / empfangenen Wellen des RADAR. Gemeint ist die E- Ebene. Die Empfangsantenne (n) werden auf eine Polarisation abgestimmt.

Es werden unterschieden: 
lineare Polarisation
kreisförmige und elliptische und
regelbare Polarisation 

Bei der Abstrahlung elektromagnetischer Wellen treten zusätzliche Polarisationsverschiebungen für die empfangnen Welle auf. Diese sind auf das Erdmagnetfeld zurückzuführen. Außerdem treten durch die Verdrehung zusätzliche Phasenunterschiede auf.  Die Verdrehung lässt sich berechnen.  Ionisierung , Lage des Erdmagnetfeldes und geografische Lage bestimmen ebenfalls die  Verdrehung. Der allgemeine Zusammenhang ist :

       Alpha = 6,3   10²º  /  f²

Die effektive Reflexionsfläche fliegender Objekte ist wegen der unregelmäßigen Formen auch von der Polarisationsebene abhängig. Dh. unterschiedliche Polarisationen führen zu unterschiedlichen Reflexionen . (horizontal / vertikal unterschiedlich). Es dreht sich die Polarisationsebene bei Anstrahlung von Zielen mit unregelmäßigen  Ausmaßen. Gegen ebene Flächen ändert sich die Polarisationsebene nicht. Ebenso unterbleiben hier zusätzliche Energieverluste. 

Die Phase der reflektierten Welle ändert sich um 180 °.Bei zirkularer Polarisation werden die beiden senkrecht aufeinander stehenden Komponenten (E , H) ebenfalls ohne Depolarisation reflektiert. Es ändert sich hier deren Drehrichtung um 180°.

Düppel  z.B. depolarisieren die reflektierten Wellen , ebenso wie Kanten oder  komplizierte Flächen. Hier kommt es wegen der Depolarisation zu Energieverlusten
( einer der Wirkungsmechanismen von Stealth )

Regentropfen sind fast kugelförmig und erzeugen bei Anstrahlung mit zirkular polarisierten Wellen auch wieder zirkular polarisierte Reflexionen. Real fliegende Objekte erzeugen wegen ihrer Form Depolarisationseffekte Asymmetrien können durch die Antenne gezielt "herausgefischt " werden. (Wetter-Modus)

Aus der äußeren Antennenform lässt sich die Polarisationsebene nicht erkennen. Vertikale bzw. horizontal orientierte Antennen ( rein äußerlich lassen nichts über deren Polarisation erkennen. 

                 Lineare Polarisation. 

               

 

 

                 Beispiel für zirkulare Polarisation

 

Die beiden Vektoren drehen sich um die Achse der Ausbreitungsrichtung. Es ist möglich diese Drehung gleichmäßig erfolgen zu lassen                                         (      zirkular  ) (Phase-shifting) in 90° Drehungen .

Erfolgen diese die Abstrahlungen in wagerechter und senkrechter Ebene genau in 90° Phasendifferenz , so addieren sich die Vektoren beider / aller Ebenen zu
einem Vektor konstanter Amplitude / Größe und rotiert gleichmäßig.

Die Vektoren sind immer gleich groß. Bei der linearen Zirkulation stehen E und H -  Vektor auch 90 ° zueinander. Die Größen von E und H ändern sich ständig, beide oszillieren. Die elliptische Polarisation ist ein Mittelding zwischen linearer und zirkularer Polarisation.

Bei normalen Feedhorn ist die Polarisierung fest und abhängig von den geometrischen Ausmaßen des Abstrahlhorns. Die effektive Reflexionsfläche ändert sich mit Verdrehung und Depolarisation (durch äußere Einflüsse /Erdmagnetfeld oder durch das Ziel selbst).

Ar = A0 * cos2 ¢

Ar    Reflexionsfläche effektiv
A0   Reflexionsfläche ohne Depolarisation
¢       Verdrehungswinkel des E Vektors zum reflektierten E Vektor (Polarisationswinkel)

Bei Verwendung von 2 Antennen/Kanälen mit jeweils 90° Versetzter zirkularer Polarisation und Summierung kann  die Drehung der Polarisation kompensiert werden.

Praktische Anschauung für Polarisation bei mechanischen Antennen:

Feuerleitradar des OSSA (SA 8) . Die Platte vor der eigentlichen Antenne dient als Polarisationsfilter .

        wpe3.jpg (19752 Byte) Aus einer Zeitschrift über die Truppenluftabwehr der ehemaligen NVA

Im Prinzip: Abstrahlung vertikal polarisierter el.magn. Wellen -> Reflektion am vertikal orientierten Konterreflektor mit Polarisationsfilter-> Auftreffen an der Reflektionsdreheinrichtung am Reflektor -> L/4 (Lambda - Wellenlänge) -> Phasendrehung 180°, Reflektion am Reflektor und auf "Rückweg" wieder 180° Phasendrehung (summe =360°) -> horizontal polarisierte Welle, kann den Polarisationsfilter ungehemmt passieren.   
 
Das Prinzip wurde u.a. auch bei SA 4 und  der "Shilka" angewandt.

                     

 Mit freundlicher Unterstützung für den Teil  OSSA 8 :   http://home.tiscali.de/frr11wfs/       mit freundlicher Unterstützung Ralf Wagner

In älteren Radarsystemen findet man den Aufsatz am Auslegearm und Hornstrahler. "Pillbox "werden diese Aufsätze manchmal genannt. Bei PATRIOT wird hierfür eine Pertinaxplatte vor dem Hornstrahler genutzt.


      OSSA   SA8

Bild :  Quelle und ausführliche Beschreibung :
             

 

RADAR Grundlagen
Dipl. Ing (FH) Christian Wolf  

              © 2004 Skarus   05/2005

 

Bei der zirkularen Polarisation rotiert der Feldstärkevektor rechts-oder linksdrehend senkrecht zur Ausbreitungsrichtung Z (rechtsdrehende-/linksdrehende Zirkularpolarisation). Eine zirkulare Polarisation entsteht durch zwei um 90° phasenverschoben gespeiste und gleichzeitig um 90° versetzte linearpolarisierte Antennen. Sind die Amplituden zweier solcher Linearer Komponenten nicht gleich groß, entsteht eine elliptische Polarisation.

von Dipl. Ing . (FH) Wolff  

                                                                                                                                                                                                  

Bei wagerechter Polarisation findet an der Erdoberfläche ( wie auch in der Optik) ein 180 ° Phasensprung statt. Die senkrecht polarisierte  Welle wird hier ohne ohne Phasen- Änderung reflektiert.

Die Strahlungsdiagramme ( Empfang ) unterscheiden sich für die Polarisationsarten. Oft wird vertikale Polarisation ( für Ziele in geringen Höhen mit Clutter ) genutzt.

Unterschiede gibt es für die reflektierte Energie am Ziel für die Polarisationsarten. Gleiche Ziele ergeben unterschiedliche effektive Reflexionsflächen .

Bei zirkularer Polarisation lassen sich zusätzlich Wolken , Regentropfen oder sonstige Objekte gezielt empfangen oder gezielt sperren.

Wenn bei rechtsdrehender Polarisation die Reflexion an einem Tropfen linksdrehend wäre, kann man linksdrehende Polarisation an der Antenne sperren. ( wie auch jamming etc. )
 

 

Rechnen / Polarisation

Ar = A0 * cos2 ¢

Ar    Reflexionsfläche effektiv
A0   Reflexionsfläche ohne Depolarisation
¢   Verdrehungswinkel des E Vektors zum reflektierten E Vektor (Polarisationswinkel)

Ein Ziel wird mit einem Radar ( feedhorn )mit linearer Polarisation angestrahlt.
Die Reflexionsfläche ist mit 1 m2  bekannt. In welchen Ausmaßen sollte sich das fading
durch Polarisationsänderungen bewegen, wenn hierfür  0-45° angenommen werden ?

cos 0° = 1     1*1m2 = 1m2 

cos 45° = 0,7       Ar = 1m2 *0,72 =   0,5 m2      

Lösung : die Reflexionsfläche schwankt um den Faktor 2  ( 50%. )  (  3dB )

                                                                                               Übungsaufgaben und Lösungen

                                                                                                      

                                                                                                                                                      

 © Peter Skarus    Dipl. Ing. ( FH )  2005       www.peters-ada.de