Verteidigung

Reiht sich auf Plattformen eine Antenne an die andere, erhöht dies deren Sichtbarkeit via Radar. Über vorgeschaltete aktive Netzwerke lassen sich die Antennen verkleinern, bei gleichbleibender Bandbreite.

Es ist eng auf Plattformen wie Flugzeugen oder Schiffen: Zahlreiche Elektronikkomponenten quetschen sich neben eine Vielzahl von Antennen. Was die Antennen angeht, so sollen diese möglichst breitbandig funktionieren – also möglichst viele Frequenzen abdecken. Dies jedoch lässt sie recht groß werden, was einerseits ein Platzproblem nach sich zieht, zum anderen dafür sorgt, dass die Plattformen vom gegnerischen Radar leichter entdeckt werden können. Denn je größer die Antennenoberfläche, desto intensiver werden Radarstrahlen daran reflektiert, der Radar-Rückstreu-Querschnitt steigt.  
Versuche mit Non-Foster-Netzwerken

Lassen sich die Antennen kleiner auslegen, ohne an Bandbreite zu verlieren? Dieser Frage widmen sich Forschende des Fraunhofer FHR im Auftrag der MBDA Deutschland GmbH. In einem ersten Schritt untersuchten sie die maximal mögliche Bandbreite bei einer fest vorgegebenen Antennenform. Durch eine vorgeschaltete Schaltung, ein Anpassnetzwerk, lässt sich die Bandbreite vergrößern – bis zu einer gewissen Schranke, die sich nicht überschreiten lässt. Zumindest dann nicht, wenn das Anpassnetzwerk ausschließlich aus passiven Elementen ohne Energiezufuhr besteht, etwa aus Kondensatoren und Spulen. Integriert man allerdings aktive Bauelemente wie Transistoren, fällt diese Schranke – man spricht dann von Non-Foster-Netzwerken. Bei diesen kann die Antenne, zumindest theoretisch, beliebig breitbandig werden. 

Was die Praxis angeht, so lässt sich dieser Effekt bei Frequenzen im zwei- bis dreistelligen Megahertzbereich vergleichsweise leicht demonstrieren. Im einstelligen Gigahertzbereich jedoch – dem gewünschten Frequenzbereich für die Antennen – weichen u.a. die Transistoren stark von ihren idealen Eigenschaften ab. Die Frage, die sich den Forschenden daher stellte: Ist es überhaupt möglich, für diesen Frequenzbereich stabile und reproduzierbare Non-Foster-Netzwerke aufzubauen? Das Team untersuchte zunächst die einzelnen passiven und aktiven Komponenten und entwickelte Schaltungssimulationen, die nicht nur das ideale Verhalten berücksichtigen, sondern auch das gemessene Verhalten der Halbleiterbausteine. Bei solchen Schaltungssimulationen nimmt man an, dass die Bauteile über ideale Drähte verbunden sind. In der Realität entwickeln die Leitungswege mit steigender Frequenz allerdings unerwünschte Eigenschaften. Die Forschenden ergänzten die Schaltungssimulationen daher um Feldsimulationen, die die Streifenleitungen zwischen den Komponenten berücksichtigen. Was sich bereits sagen lässt: Die Bandbreite der Antennen lässt sich durch Non-Foster-Netzwerke auch im Gigahertzbereich im einstelligen Prozentbereich vergrößern. Ist dieser Mehrwert auch in der Praxis zu beobachten? Dies werden die Forschenden in einem weiteren Schritt untersuchen.