EinePhased-Array-Antenne (vonenglischphased array‚phasengesteuertes Feld) ist ein amplituden- und phasengesteuertes, horizontales und/oder vertikales Antennen-Array (Gruppenantenne), welches aus vielen einzelnen Antennenelementen besteht. Die Anordnung der Antennen kann sowohl 1-dimensional, z. B. als horizontale oder vertikale Antennenzeile erfolgen als auch 2-dimensional, entweder aus Einzelantennen oder vertikalen Antennen-Arrays. Diese können linien- oder kreisförmig oder in einem Dreieck bzw. Viereck angeordnet sein.
Durch die vertikale und horizontale Anordnung der einzelnen Antennenelemente, sowie die phasen- und amplituden-gerechte Ansteuerung der einzelnen Antennenelementen (Einzelstrahlern) oder als Arrays zusammengefassten Einzelantennen, die jeweils nur einen kleinenAntennengewinn und ein breitesAntennendiagramm besitzen, ergibt sich durch Bündelung derStrahlungsenergie der einzelnen Antennenelemente im Fernfeld ein gemeinsames, gewünschtes Antennendiagramm in einer gewünschten Richtung und/oder Elevationswinkel mit höherem Antennengewinn, als die verwendeten einzelnen Antennenelemente. Eine Phased-Array-Antenne besitzt somit die gleiche Wirkung wie eine entsprechend groß dimensionierte Richtantenne, z. B.Hornstrahler,Cylindrical Parabolic Reflector Antenna[2.1] oderParabolantenne.
Durch winkel-abhängige, konstruktive und destruktive Überlagerung der, von den einzelnen Antennenelementen abgestrahlten Signale, ergibt sich das gewünschte horizontale bzw. vertikale Strahlungsdiagramm und derAntennengewinn einer Phased-Array-Antenne.[3][4]
Eine Phased-Array-Antenne kann folgende Eigenschaften haben:
Es sind also sowohl eindimensionale, horizontale oder vertikale, gekrümmte oder kreisförmige Anordnungen der Antennen-Elemente von Phased-Arrays möglich, z. B.:
als auch 2-dimensionale planare, gekrümmte oder kreisförmige Anordnung Phased-Arrays möglich
1-dimensionale Phased Array Antennen bestehen, entweder aus einer horizontalen, oder einer vertikalen Zeile von einzelnen Antennen-Elementen, oder aus vertikalen und/oder horizontalen Zeilen von einzelnen Antennen-Elementen die ein 2-dimensionales Phased-Array bilden. Dabei ist zu unterscheiden, ob ein Phased-Array aus Einzelantennen für ein fixes Antennendiagramm in Azimut und Elevation mit maximalem Gewinn und möglichst minimalen Nebenzipfeln im Antennendiagramm optimiert ist, oder ob durch ein Phased-Array aus Einzelantennen ein sogenanntesBeam Steering möglich ist; bei dem die Antennenkeule horizontal und/oder vertikal innerhalb definierter Grenzen elektronisch geschwenkt oderescan (ElectronicScanning) werden kann.
2-dimensionale Phased-Array-Antennensysteme können, sowohl aus einer symmetrischen Anordnung von einzelnen Antennen-Elementen fürBeam Steering bestehen, d. h. sie besitzen horizontal und vertikal den gleichen Abstand zueinander, oder sie bestehen aus einer Kombination von einzelnen 1-dimensionalen Phased-Array-Antennen, die zu einer 2-dimensionalen Gruppe aus Phased-Array-Antennen zusammengeschaltet werden, z. B. beiLarge-Vertical-Array (LVA) fürSekundärradar- undFreund-Feind-Erkennungs-Radarsensoren aus einzelnen vertikalen Phased-Array-Antennenzeilen. Bei LVA-Antennen muss weder der vertikale noch horizontale Abstand der einzelnen Antennenelemente gleich sein, sondern richtet sich nach alleine nach dem benötigten maximalen Antennengewinn und Antennendiagram im Azimut, der durch die Anzahl, horizontale Anordnung und Speisung der vertikalen Phased-Array-Antennenzeilen und der Elevation die durch die vertikale Anordnung und Speisung der vertikalen Phased-Array-Antennenzeilen bestimmt wird.
Bereits im Frühjahr 1905 wurde unterFerdinand Braun durch Mandelstam und Papalexi eine dreieckige, vertikal polarisierte Phased-Array-Antenne mit Richtwirkung entwickelt (s. 1. Abbildung, dreieckige, vertikal polarisierte Phased-Array-Antenne, F. Braun, Frühjahr 1905). Die Antennenanordnung bestand aus drei vertikal polarisiertenMonopol-Antennen A, B, und C, die in den Ecken eines gleichseitigen Dreiecks angeordneten waren, wobei die Strecke C D des Dreiecks einer viertelWellenlänge (λ/4) entsprach (s. 1. Bild).[1] Wurden A und B gleichphasig, aber C um λ/4 verzögert angeregt, dominierte die Strahlung in Richtung C D. Durch Vertauschung der um λ/4 phasen-verschobenen Antenne, ließ sich eine Drehung der bevorzugten Richtung von je 120° erzielen, auch solche von je 60°.[1]
Seit 1932/1933 wurde für dieLorenzbake ein aus 3 vertikal polarisierten λ/2-Dipol-Antennen bestehendes Phased-Antennen-Array als Lande-Funkfeuer (LFF, siehe auch:Lorenz Funknavigations- und Landesysteme) verwendet.[12][13][14] Es wurde nur ein Trägersignal verwendet. Dabei wurde jeweils einer der beiden äußeren Dipole mittels Relais jeweils für 1/8 s ab- oder zugeschaltet, während die Mittel-Antenne permanent gespeist wurde. Dementsprechend entstanden, an einem betrachteten Ort im Raum, an dem sich z. B. ein Luftfahrzeug befand, unterschiedliche Signale, die zur horizontalen Führung des Luftfahrzeuges auf der verlängerte Anfluggrundlinie einer Landebahn führte.
Um 1940 wurde in den USA ein auf der Lorenzbake aufbauendes Anflugsystem verwendet, das seit 1950 von ICAO in ICAO Annex 10 standardisierte Präzisions-Instrumenten-Lande-System (ILS, engl.InstrumentLandingSystem)[15] wobei für denILS-LLZ (engl.InstrumentLandingSystem-LocaLiZer) ein Phased-Antennen-Arrays einsetzt. Die Besonderheit gegenüber anderen Phased-Array-Antennen-Systemen besteht darin, dass drei unterschiedliche Antennendiagramme zur Generierung einer mit dem Ort im Raum variierendenDifference in Depth of Modulation (DDM) zwischen 90 Hz und 150 Hz amplituden-modulierten Seitenbändern eingesetzt werden. Hierzu werden ein mit 90 Hz und 150 Hz amplituden-modulierten AM-CDBS- (AmplitudeModulation-CarrierDoubleSideBand) und zwei ebenfalls mit 90 Hz und 150 Hz amplituden-modulierten AM-DSBSC- (AmplitudeModulation-DoubleSideBand SuppressedCarrier) Signalen erzeugt, die mit unterschiedlicher Phase und zu den äußeren Antennen abnehmender Amplitude gespeist werden. Ein horizontal polarisiertes ILS-LLZ-Phased-Antennen-Array bestand ursprünglich aus mehreren einzelnenAlford-Loop-Antennenelementen. Heute kommen, je nach Typ der ILS-Anlage ganz unterschiedliche Antennentypen für die Antennenelemente der Phased-Array-Antennen zum Einsatz.Die einzelnen Antennenelemente werden von parallel betriebenen Sendern überRingkoppler mit den 3 unterschiedlichen amplitudenmodulierten AM-CDSB- und den zwei AM-DSBSC-Signalen gespeist. Dadurch, dass die einzelnen Signale über drei separateAntennendiagramme der ILS-LLZ Phased-Antennen-Arrays in den Raum abgestrahlt werden, ergibt sich eine Überlagerung dieser Signale. Abhängig vom betrachteten Ort im Raum ergibt sich so im Fernfeld des ILS-LLZ-Phased-Array-Antennensystems eine variierendeDifferenz der Modulationstiefe (DDM) zwischen den 90-Hz- und 150-Hz-Seitenbändern. Mit dessen Hilfe wird, bei Gleichheit des Modulationsgrades zwischen dem 90-Hz- und dem 150-Hz-Signal, ein Luftfahrzeug auf die verlängerte Anflugmittellinie und zur Landebahn geführt. Das Fernfeld beginnt, je nach Anzahl der verwendeten Antennenelemente, in einem Mindestabstand von dfarfield ≥ 2775 m bezogen auf ein aus 32 Einzelantennenelementen bestehendes ILS-LLZ-Phased-Array-Antennensystem mit einer Breite von 75 m.[16][17]
Bei der Weiterentwicklung zu einem 2-Frequenz-Instrumenten-Lande-System kommen 4 Sender und 6 unterschiedliche Antennendiagramme zum Einsatz. Will man ein Antennendiagramm ändern, so müssen die Amplituden und Phasen im Speise-Netzwerk der Array-Antenne entsprechend justiert werden, und das AM-CDSB- und die beiden AM-DSB-SC-Signale auf 0° Phasenverschiebung zueinander justiert werden.[18]
Ab den 1930er Jahren wurdenYagiantennen für Radarsensoren zu Gruppen angeordnet und fix, oder veränderlich phasensynchron gespeist, um bei Radarsensoren durch Zusammenschaltung von einzelnen Antennenelementen den Gewinn und die Richtcharakteristik eines Antennen-Arrays zu verbessern, z. B. beimLichtenstein Radar. Andere Antennenvarianten nutzten große Reflektorflächen, vor denen die einzelnen Dipol-Antenenelemente angeordnet waren, z. B. derFreya-Radarsensor. Elektronischer Strahlschwenkung besaß um 1944 z. B. dieMammutRadarsensoren. Ungefähr zeitgleich begann die Entwicklung von Radarsensoren, die Parabolantennen nutzten, z. B.Würzburg Radarsensor. Den BegriffPhased-Array-Antennen gab es noch nicht, stattdessen wurde das Prinzip von John D. Kraus im Jahr 1950 alsPunkstrahler-Arrays (en.Arrays of Point Sources) bezeichnet.[2.2]
Erst sehr viel später wurden flache Phased-Array-Antennen-Arrays mit variablen, horizontalem und vertikalemBeamsteering entwickelt, die 2-dimensionalesBeam-scanning ermöglichten. Wenn sich die Einzelstrahler variabel ansteuern lassen, ist dasAntennendiagramm derGesamt-Antenne elektronisch schwenkbar (escan, von engl.electronicscanning oderBeam-Steering). Eineescan- oderBeam-Steering-Antenne besitzt somit die Eigenschaften einer mechanisch schwenkbaren Richtantenne, mit dem Vorteil, dass sie die Antennenkeule schneller horizontal und/oder vertikal schwenken kann, da keine große und schweren Antenne(n) mechanisch geschwenkt werden müssen.
Elektronisch schwenkbare escan-Phased-Array-Antennen werden z. B. inRadaranlagen, Mobilfunk-Basisstationen oder in der Raumfahrt verwendet. Eine Weiterentwicklung der Phased-Array-Technologie ist dasSynthetic Aperture Radar.
Aus einemHohlleiter bestehende vertikaleSchlitzantennen-Arrays dienten an sowjetischen Radargeräten (1970er Jahre) bei Frequenzen um 1 GHz neben der Hauptantenne zum Empfang derFreund-Feind-Kennung, da diese aufgrund ihrer Verzögerung nicht von der stark bündelnden, inzwischen weitergedrehten Hauptantenne empfangen werden konnte.
Die zuvor genannten Phased-Antennen-Arrays haben die Aufgabe, die Antennenkeule zu formen und 1- oder 2-dimensional im Raum zu positionieren, um so eine fix positionierte, vertikal oder horizontal scannende, oder drehende Antennenkeule zu erzeugen. Es gibt jedoch auch Varianten von Phased-Antennen-Array die, bezogen auf die Horizontale, gleichzeitig über 360° Signale abstrahlen, dessen Information durch Amplituden-, Phasen- oder Frequenzmodulation steckt und die abhängig vom Erfassungswinkel bezogen auf die Antenne variieren. Dadurch wird die Antennenkeule moduliert und erhält eine kontinuierlich drehende Modulation der omnidirektionalen Antennenkeule. Dies findet z. B. bei den Flugnavigationsfunkanlagen z. B. seit ca. 1950VOR,VOT, seit ca. 1954TACAN, seit ca. 1960DVOR Anwendung.
Prinzipiell sind alleGruppenantennen undPanelantennen auch Array-Antennen, sie besitzen jedoch eine unveränderlich gleiche Phasenlage aller Strahler zueinander. Sie werden zum Satellitenempfang (Wetter- undKommunikationssatelliten), beiMobilfunkstationen, Rundfunksendern (UKW,VHF,UHF) und an Radaranlagen eingesetzt. Mit durch Umschalten der Phasenlage eingeschränkt wählbarer Sende- und Empfangsrichtung arbeiten4-Square-Antennen, die im Amateurfunk zum Einsatz kommen.[19]
Die Bündelung ist umso stärker, je größer die Querausdehnung der Antenne ist. Daher sind Antennen für denMobilfunk vertikal gestapelt, Radarantennen hingegen horizontal. Durch gezielte Steuerung der Phasenlage kann das Richtdiagramm asymmetrisch beeinflusst werden, z. B. um ein Aufklärungsradar mit einem auch nach schräg oben erweiterten Richtdiagramm zu versehen, es jedoch nach unten zu begrenzen.
BeiRadargeräten werden oft auch elektronisch schwenkbare Phased-Array-Antennen eingesetzt. Da die Antenne nicht mechanisch bewegt werden muss, die schnelle und genaue Verfolgung eines beweglichen Ziels möglich. Beispiele sindFlugabwehrraketen-Systeme wie das amerikanischePatriot und die russischenS-300P und9K330 Tor.
Phased-Array-Radare unterscheiden sich in zwei Grundtypen: Die oben beschriebene wirdenglischPassive Electronically Scanned Array (PESA) genannt, also mit passiver elektronischer Strahlschwenkung. Die zweite Variante des Phased-Array-Radars ist dasAESA-Radar, bei dem jedes einzelne Sende- bzw. Empfangselement eineHF-Quelle besitzt. Es wird vor allem in Kampfflugzeugen aufgrund des reduzierten Gewichts und der Größe eingesetzt.
| Vorteile | Nachteile |
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Die Gruppenantenne nutzt diePhasenverschiebung der in einer Matrix angeordneten Sendeelemente, um durchInterferenz eine Bündelung zu erzielen. Die Sendeenergie wird in der gewünschten Richtung verstärkt, während die unerwünschten Richtungen durch destruktive Interferenz ausgelöscht werden. Die einzelnen Sendeelemente benötigen hierbei keine Bündelungseinrichtungen.
Um etwa den Abstrahl- bzw. Empfangswinkel nach oben zu verlagern, muss nur der Phasenwinkel der unteren Elemente früher einsetzen, der Phasenwinkel der oberen Elemente entsprechend später. Durch die Laufzeitunterschiede hat die Energie der unteren Strahler nicht mehr in der Antennenmitte, sondern weiter oben Phasengleichheit mit der Energie der oberen Strahler. Dadurch wird die Wellenfront gegenüber der Antennenfläche angewinkelt, und der Abstrahlwinkel neigt sich nach oben. Die Phasendifferenz zwischen den Strahlern (in der Grafik alsx bezeichnet) ist zwischen den Antennenelementen konstant und eventuelle Laufzeitunterschiede in der Zuleitung müssen mit berücksichtigt werden.
Wenn eine unterschiedliche Phasendifferenz eingestellt wird, indem zum Beispiel der Phasenwinkel der äußeren Elemente nach- und der der inneren vorgestellt wird, so wird die Bündelung der Gesamtantenne verändert, das heißt, die Antennendiagrammform ändert sich. Diese Methode wird bei einemMultimode-Radar genutzt, um von einem breiteren Diagramm zur Zielsuche auf ein sehr schmales Diagramm zur genauen Zielbegleitung umzuschalten.
Für ein sehr schmales Antennendiagramm werden sehr viele Einzelstrahler benötigt, deren Phasendifferenz zwischen den Strahlern sich zum Rand der Antennengruppe hin addieren. DiePhasenschieber müssen also eine Phasenverschiebung von fast 360° erreichen und diese Phasenverschiebung muss extrem schnell realisiert werden. In der Praxis werden verschiedene Umwegleitungen verwendet, die bei einem mit einem 16-Bit-Steuerwort geschalteten 4-Bit-Phasenschieber in Schritten von 22,5° in die Speiseleitung geschaltet werden. (Dieses Steuerwort muss auch Informationen zur Adressierung enthalten.)
Das LuftverteidigungsradarRRP 117 verwendet eine Phased-Array-Antenne mit 1584 Einzelstrahlern, die horizontal in Gruppen zusammengefasst sind, da dieses Radar seine Antenne dreht und das Antennendiagramm nur im Höhenwinkel elektronisch schwenken muss.
Der Abstrahlwinkel kann zwar theoretisch fast ±90° betragen. In der Praxis werden aber nur maximal ±60° erreicht, da die Bündelung des Antennendiagramms sich mit größer werdendem Abstrahlwinkel rapide verschlechtert. Für eine Suche im Vollkreis um die Antenne herum werden in der Praxis drei Antennengruppen im Winkel von 120° verteilt oder besser noch vier Gruppen im Abstand von 90°, wie es zum Beispiel beimAPAR, einem Radargerät der Marine, verwendet wird.
Die frequenzabhängige Strahlschwenkung ist ein Sonderfall der Phased-Array-Antenne, bei welcher die Strahlschwenkung völlig ohne Phasenschieber durch die Sendefrequenz gesteuert wird. Die Strahlschwenkung ist eine Funktion der Frequenz.
Eine vertikale Antennengruppe wird seriell gespeist. Auf der Grundfrequenz erhalten alle Strahler eine Leistung gleicher Phase durch konstruktiv gleiche Umwegleitungen, die eine Phasenverschiebung vonn · 360° bewirken. Alle Strahler strahlen also mit gleicher Phase zur gleichen Zeit. Der resultierende Strahl befindet sich somit senkrecht zur Antennenebene.
Wenn die Sendefrequenz um wenige Prozent erhöht wird, stimmt aber die konstruktiv festgelegte Länge der Umwegleitungen nicht mehr. Die Umwegleitung ist nun etwas zu lang. Es tritt eine Phasenverschiebung von Strahler zu Strahler auf. Der erste Strahler strahlt diese wenigen Prozent zeitlich früher ab, als der nächste benachbarte Strahler, und so weiter. Der resultierende Strahl ist also um den Winkel nach oben geschwenkt.
Diese Art der Strahlschwenkung ist zwar sehr einfach aufgebaut, ist aber auf wenige fest installierte Sendefrequenzen beschränkt. Neben der Störanfälligkeit sind auch noch mehr Einschränkungen hinzunehmen, zum Beispiel kann dieses Radargerät keinePulskompression verwenden.
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Lineare Phased-Array-Antennen bestehen aus Zeilen, die gemeinsam über einen Phasenschieber gesteuert werden. Eine Vielzahl senkrecht übereinander angeordneter linearer Arrays bilden eine ebene Antenne.
Planare Phased-Array-Antennen bestehen vollständig aus Einzelelementen mit jeweils einem Phasenschieber pro Element. Die Elemente werden wie in einer Matrix angeordnet, die ebene Anordnung aller Elemente bildet die gesamte Antenne.
Es gibt Gruppenantennen, bei denen die Antennenelemente im Kreis angeordnet sind. Dazu gehört dieWullenwever-Antenne. Sie wird bevorzugt zum Peilen von Funksignalen verwendet.
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Phased-Array-Antennen könnenleitungs-gespeist sein, dann wird die Energie durchKoaxialkabel oder durchHohlleiter seriell oder parallel zu den Antennenelementen geführt. Alternativ dazu kann die Speisung auch durch einen zentralen Strahler, also mit bereits abgestrahlter Energie erfolgen: Die Antennen nennt man dann „strahlungs-gespeist“.
Bei der Serienspeisung der Phased-Array-Antennen werden die Strahlerelemente nacheinander mit derSendeleistung versorgt. Die dabei größer werdende Phasenverschiebung durch die längere Zuleitung muss bei der Einstellung der Phasenschieber berücksichtigt werden. Eine Frequenzänderung ist so ohne Weiteres bei einer Serienspeisung nicht möglich. Sollte dennoch eine Frequenzänderung vorgenommen werden, muss der Rechner auch die Phasenverschiebung neu berechnen (oder meist in der Programmierpraxis: eine andere Phasenwinkeltabelle nutzen).
Beispiele:
Bei der Parallelspeisung der Phased-Array-Antennen wird die Sendeleistung an jedem Knoten gleichphasig aufgeteilt. Jedes Strahlerelement hat also eine gleich lange Zuleitung und wird demzufolge gleichphasig versorgt. Das hat den Vorteil, dass derComputer die Länge der Zuleitungen bei der Berechnung der Phasenverschiebung ignorieren kann und dass die Phasenverschiebung nicht zusätzlich frequenzabhängig ist.
Beispiele:
Bei der Strahlungsspeisung wird die Sendeenergie über eine zentrale Primärantenne auf eine Antennenmatrix verteilt. Das kann einerseits von hinten geschehen und die Antennenmatrix mit den Phasenschiebern leitet die Energie hindurch (Transmissionstyp). Alternativ dazu kann auch die Strahlungsspeisung von vorn geschehen, dann wird die Energie durch die Elemente der Antennenmatrix empfangen, mit dem Phasenschieber verzögert, an einer Fehlanpassung reflektiert und wieder abgestrahlt (Reflexionstyp).
Beispiele:
Escan Phased-Array-Antennen werden derzeit noch weitestgehend in militärischen Primär-Radargeräten eingesetzt. Dies begründet sich darin, das der benötigte vertikale und horizontale Erfassungsbereich von SRE (SurfaceRadarEquipment, z. B.SRE-M),ASR (en.AirportSurveillanceRadar) undASDE (en.AirportSurveillanceDetectionEquipment) für die zivileFlugsicherung keinen Vorteil von einem horizontalen und/oder vertikale Beamsteering hat. DasPräzisionsanflugradar (engl.PrecisionApproachRadar, PAR) für die Anflugkontrolle stellt eine Ausnahme dar. Zwar sind von derInternationalen Zivilluftfahrtorganisation ICAO noch Kriterien für GCA (en.GroundControlledApproach) Anflüge definiert, jedoch wurden GCA-Anflüge unter Nutzung von Präzisionsanflugradaren weitestgehend weltweit durchInstrumentenlandesysteme (engl.InstrumentLandingSystem, ILS), und zu einem kleinen Teil auch durchGBAS-Systeme (en.GroundBasedAugmentationSystem) ersetzt.
Escan Beamsteering wird sowohl für eine fest in eine Richtung ausgerichtete Phased-Array-Antenne, als auch für drehende oder horizontal und/oder vertikal schwenkendePrimärradar-Sensoren verwendet. Die Kosten für Phased-Array-Antenne waren am Anfang größer, als die Kosten für mechanisch schwenkende oder scannende Antennen und wurden nur für militärische Nutzungen eingesetzt. Der Vorteil gegenüber einer mechanisch drehenden oder schwenkenden Antenne war sowohl die innerhalb definierter Grenzen flexibel ausrichtbare Antennenkeule als auch die höhere Geschwindigkeit mit der eine escan-Antenne die Antennenkeule im Vergleich zu einer mscan (en.mechanicalscanning) Antenne ausrichten kann.
Durch den Einsatz der Technologien der digitalen Strahlschwenkung ist es sogar möglich die Antenne während der Empfangszeit gleichzeitig in mehrere Strahlrichtungen zu fokussieren.[21] Daraus ergibt sich ein universell verwendbaresMultifunktionsradar, welches mehrere ältere, hochspezialisierte Radargeräte sowohl fürLuftraumaufklärung,Navigation undZielbegleitung/Zielverfolgung ersetzt. Der Nachteil eines eingeschränkten Beobachtungssektors wird durch den Einsatz mehrerer Antennen wirkungsvoll ausgeglichen. Eine sogenannte3-Antenne, die gleichzeitig alle Richtungen innerhalb einer Halbkugel um die Antenne herum abdecken kann (2 für 360° im Seitenwinkel und ein weiteres für die 180° im Höhenwinkel), wurde vomFraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik unter dem NamenKrähennest-Antenne[22] entwickelt und patentiert.
Verschiedene Phased-Array-Antennen mit unterschiedlich ausgeprägtem Grad der Agilität der Strahlschwenkung sind mittlerweile weit verbreitet. Es werden elektronisch starre Antennen (LVA-Antenne) für die Flugsicherung verwendet, um ein spezielles Antennendiagramm zu erzeugen. Eine Form der frequenzabhängigen Strahlschwenkung wird mitSchlitzantennen und demFMCW-Radarverfahren in der Sicherungstechnik alsBarriereradar angewendet. Fix ausgerichtete elektronisch horizontal und vertikal schwenkende, lineare Arrays werden beiPrimärradar-Sensoren z. B.PAR-80 verwendet, während die Phased-Array-Antenne bei AD-SRE-Radarsensoren um 360° drehen, z. B.RRP-117.
Planare Arrays, die teilweise auf eine mechanische Bewegung völlig verzichten, werden zum Beispiel beimAPAR,AN/MPQ-53 sowie beimCobra Dane verwendet. Als besonders vorteilhaft wirkt sich aus, dass planare Arrays ein möglichesNicken,Gieren undRollen eines luftgestützten oder maritimen Antennenträgers elektronisch ausgleichen können. Die Verteilung der einzelnen Strahlerelemente einer Phased-Array-Antenne muss nicht immer nur in einer ebenen Fläche erfolgen. Es werden bereits Antennen gebaut, die sich in ihrer geometrischen Form zum Beispiel demaerodynamischen Querschnitt der Vorderkante eines Flugzeugflügels exakt anpassen.
Landekurssender vonInstrumentenlandesystemen (engl.Instrument Landing System Localizer, ILS-LLZ) stellen (seit ca. 1940) eine Sonderform von Phased-Array-Antennen dar, da gleichzeitig 3 Antennendiagramme bei 1-Frequenz-Landekurssendern (1f-ILS-LLZ) und 6 Antennendiagramme bei 2-Frequenz-Landekurssendern (2f-ILS-LLZ) mit horizontaler Polarisation abgestrahlt werden und die gewünschte Information im Raum für einen Präzisionsanflug von Luftfahrzeugen auf Landebahnen zu erzeugen. Hierzu wird gezielt durch Überlagerung der einzelnen Antennendiagramme mit 90 Hz und 150 HzAM-DSB undAM-CDSB Modulation in Course- und Clearance Informationen über eineDifference in Depth of Modulation (DDM) erzeugt. Landekurssender von Instrumentenlandesystemen (ILS-LLZ) nutzen Phased-Array-Antennen aus mindestens 5 Antennenelementen. Sie können jedoch auch aus bis zu 32 Antennenelementen bestehen (Stand 2025). Antennen-Arrays mit 13 bis 21 Elementen sind jedoch am weitesten verbreitet.[23][24][25]
Durch geeignete amplituden- und phasenrichtige Ansteuerung einzelner Antennenelemente werden bei Ein-Frequenz-Ladekurssendern (1f-ILS-LLZ) die einzelnen Antennenelemente phasenricht und mit gewichteter Leistung aus 2 Senderzügen gespeist. Ein Sender erzeugt dabei ein DSB-AM- der andere ein CDSB-AM-Signal, wobei beide mit 90 Hz und 150 Hz moduliert sind. Es wird ein Antennendiagramm bei 1-Frequenz-Landekurssendern (1f-ILS-LLZ) für die, für die Course-Führung zuständige Antennenkeule und aus einem weiteren Senderzug mit AM-DSB-Modulation zwei weitere Antennendiagramme für die Clearance-Führung erzeugt.
Beim Zwei-Frequenz-Landerkurssender (2f-ILS-LLZ) geschieht dies separat für die Nutzungsbereiche derCourse- und derClearance-Navigation,[15] wodurch 2 Senderzüge für die Course- und 4 Senderzüge für die Clearances-Antennendiagramme benötigt werden.
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