DE10102599A1

DE10102599A1 - Düppel

Info

Publication number: DE10102599A1
Application number: DE2001102599
Authority: DE
Inventors: Ernst-Christian Koch; Axel Dochnahl
Original assignee: Comet GmbH Pyrotechnik Apparatebau
Current assignee: Diehl BGT Defence GmbH and Co KG
Priority date: 2001-01-20
Filing date: 2001-01-20
Publication date: 2002-08-14

Abstract

Düppel sollen eine breitbandige Wirkung über den gesamten Radarfrequenzbereich von 0,1-1000 GHz zeigen. Die Düppel bestehen aus einem einheitlichen Material in Form von leitfähigen oder nichtleitenden Fasern mit einer leitfähigen Beschichtung.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Düppel entsprechend dem Oberbegriff nach dem Hauptanspruch.

Als Schutzmaßnahme gegen radargesteuerte Lenkflugkörper bzw. allge mein gegen Radarortung setzen Flugzeuge heute sogenannte Düppel ein. Düppel bestehen meistens aus aluminiumbeschichteten Glasfasern, wel che nach der Ausbringung eine im entsprechenden Radarfrequenzbereich reflektierende Wolke erzeugen. Ein Maß für die Wirksamkeit von Düppeln als Selbstschutzmaßnahme gegen Radarortung ist der von ihnen erzeugte Radarquerschnitt (engl.: Radar Cross Section, RCS), d. h. die effektiv wirksame Rückstreufläche der Düppelwolke bei Bestrahlung mit elektro magnetischer Strahlung im Radarwellenlängenbereich. Je nach Größe der ausgebrachten Düppelwolke wird entweder ein Scheinziel zur Täuschung des Radars erzeugt (RCS der Düppelwolke ist mit dem Radarquerschnitt der zu schützenden Plattform vergleichbar), oder die Radarauflösungs zelle, d. h. das effektive vom Radarstrahl erfaßte Raumelement, wird mit Düppel-Material gesättigt (Radarquerschnitt der Düppelwolke ist wesent lich größer als Radarquerschnitt der zu schützenden Plattform), wodurch das Aufschalten des Lenkflugkörpers auf das eigentliche Ziel vermieden werden kann.

Damit die Gegenmaßnahme in den verschiedenen möglichen Radarfre quenzbereichen Wirkung zeigt, ist es notwendig, daß für jeden Frequenz bereich längenangepaßte Dipole (Düppel) verwendet werden. Typischerweise beträgt die Länge L der Düppel etwa die Hälfte der Wellenlänge λ der entsprechenden Radarfrequenz (L = λ/2), da bei dieser Düppellänge die erste Resonanzfrequenz auftritt, die das maximale Radarecho auf weist. Typischerweise beträgt die Halbwertsbreite des Resonanzsignals etwa 10% der Resonanzfrequenz.

Als Folge hiervon ist für eine breitbandige Täuschmaßnahme ein Fasercut notwendig, d. h. man muß eine Vielzahl verschiedener Düppellängen ver wenden. Der Nachteil dieses Fasercuts ist die Verringerung der effektiven Düppelanzahl, da die mögliche Gesamtanzahl der Düppel auf die ver schiedenen erforderlichen Längenbereiche verteilt werden muß. Diese Verteilung auf unterschiedliche Längen kann dazu führen, daß die zu einer erfolgreichen Täuschmaßnahme erforderliche Düppelanzahl in einem oder mehreren Frequenzbereichen nicht erreicht wird, und damit die Schutz maßnahme gegen Radarortung wirkungslos bleibt.

Aufgabe der Erfindung ist es, Düppel vorzuschlagen, welche eine breit bandige Wirkung über den gesamten Radarfrequenzbereich von 0.1-1000 GHz zeigen, wobei im Gegensatz zu herkömmlichen Düppeln ein einheitliches Material verwendet werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merk malen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Das erfindungsgemäße Düppel-Material besteht aus leitfähigen Fasern, wobei sowohl das Fasermaterial als solches leitfähig sein kann oder ein nichtleitendes Fasermaterial mit einer leitfähigen Beschichtung versehen wird. Im Gegensatz zu herkömmlichen Fasern besitzen die erfindungsge mäßen Fasern extrem kleine Durchmesser (10-200 nm), und Längen typischerweise im Bereich von 20-200 µm, und es wird bei diesen Düp pel kein frequenzabgestimmter Fasercut benötigt.

Eine theoretische Darstellung des Wirkprinzips der erfindungsgemäßen Fasern ist mit Hilfe der Streutheorie elektromagnetischer Strahlung an leitfähigen, unendlichen Zylindern möglich. Unendlich bedeutet bei diesem Modell, daß das Verhältnis Zylinderlänge zu Zylinderdurchmesser L/D sehr groß ist. In der Praxis ist diese Bedingung bei einem Verhältnis L/D ≧ 100 hinreichend erfüllt. Weiterhin entscheidend ist der sogenannte Grö ßenparameter α = 2πr/λ, d. h. das Verhältnis von Teilchengröße (Zylinder radius oder Kugelradius r) zur Wellenlänge λ der gestreuten elektroma gnetischen Welle.

Eine Berechnung des Radarquerschnitts mit Hilfe der klassischen Dipol- Theorie, wie bei herkömmlichen Düppeln, ist bei den erfindungsgemäßen Fasern nicht möglich.

In Fig. 1 wird die breitbandige Wirksamkeit der Streuung elektromagneti scher Strahlung der erfindungsgemäßen Fasern im gesamten Radarfre quenzbereich verdeutlicht. Dargestellt ist der Wirkungsfaktor Q_Sca, definiert als Verhältnis von Streuquerschnitt C_Sca zu geometrischen Querschnitt A, aufgetragen gegen den Größenparameter α, der bei einem angenomme nen Faserdurchmesser von 0.1 µm im Bereich von 10^-6 bis 10^-2 liegt. Auf der oberen Abszisse ist die Frequenz f in Gigahertz aufgetragen, die sich bei Verwendung von Fasern mit einem Durchmesser von 0.1 µm und L/D -Verhältnis ≧ 100 ergibt. Der Wirkungsfaktor Q_Sca nimmt über den ge samten relevanten Frequenzbereich sehr hohe Werte an, die zwei bis drei Größenordnungen über den vergleichbaren Wirkungsfaktoren bei her kömmlichen Düppeln liegen.

Zur Verdeutlichung des außerordentlich hohen Wirkungsfaktors der Streu ung bei unendlichen Zylindern ist in Fig. 2 die entsprechende Berechnung für eine leitfähige Kugel mit einem Durchmesser von 0.1 µm dargestellt. Die Werte von Q_Sca liegen im Fall der leitfähigen Kugel praktisch bei Null, wobei der Wirkungsfaktor der Streuung im Gegensatz zum Zylinder mit zunehmender Frequenz kleiner wird.

Im Vergleich zu herkömmlichen Düppeln treten bei der Streuung elektro magnetischer Strahlung im Radarfrequenzbereich bei den erfindungsge mäßen Fasern keine ausgeprägten, von der Länge der Dipole bestimmten Resonanzen bei ausgezeichneten Frequenzen auf.

Um einen Wirkungsvergleich der erfindungsgemäßen Fasern mit her kömmlichen Düppeln zu ermöglichen, ist in Fig. 3 die Abhängigkeit des Radarquerschnitts R von der Radarfrequenz für einen Fasercut bestehend aus herkömmlichen Düppeln dargestellt. Die deutliche Ausprägung von Resonanzen bei bestimmten, von der jeweiligen Düppel-Länge abhängi gen Frequenzen ist deutlich zu erkennen. Man erhält bei Verwendung der erfindungsgemäßen Fasern einen kontinuierlichen Verlauf des Wirkungs faktors über den gesamten Frequenzbereich, so daß eine breitbandige, sehr effektive Streuung der gesamten Radarstrahlung resultiert.

Durch die breitbandige Wirkung im gesamten Radarfrequenzbereich eig net sich das erfindungsgemäße Düppel-Material zum Selbstschutz von fliegenden und landgestützten Plattformen sowie zum Selbstschutz von Schiffen, da unabhängig von der jeweiligen Frequenz des Radars ein gro ßer Radarquerschnitt durch das Düppel-Material erzeugt wird.

Der folgende Vergleich dient der Verdeutlichung der Vorteile des erfin dungsgemäßen Düppel-Materials gegenüber herkömmlichen Düppeln. Bei Befüllung einer 1 × 1 × 8 inch Düppelpatrone mit herkömmlichen aluminium beschichteten Glasfaserdüppeln mit einem Faserdurchmesser von 0.1 mm, einer Länge von 4.8 cm und einer Beschichtungsdicke von 2 µm können etwa 6.10⁶ Fasern ausgebracht werden, bei Befüllung mit den er findungsgemäßen Fasern sind bei identischen Patronenabmessungen etwa 1.6.10¹³ Fasern pro Düppelpatrone realisierbar.

Die Radarwellenlänge soll 0.1 m (3 GHz) betragen.

Für die Glasfaserdüppel ergibt sich der RCS pro Faser σ₀ zu

σ₀ = 0.15λ² = 1.5.10^-3 m²

Der theoretische RCS-Wert σ_T pro Einheitsfläche ist definiert durch:

σ₀ = Nσ₀

wobei N die Anzahl der Düppel pro Einheitsfläche angibt.

Da typische Dipoldichten in herkömmlichen Düppelwolken etwa 1000 Di pole pro m² betragen, wird die Anzahl der Dipole bei den Glasfaserdüp peln auf diese Anzahl normiert.

Mit diesen Parametern ergibt sich ein theoretischer RCS-Wert pro Ein heitsfläche von

σ_T = 1.5 m²/m².

Bei den erfindungsgemäßen Fasern läßt sich der RCS pro Faser bei einer Wellenlänge von 0.1 m (3 GHz) mit Hilfe der Streutheorie zu σ₀ = 10^-7 m² bestimmen.

Mit diesen Daten ergibt sich mit der obigen Normierung für den theoreti schen RCS pro Einheitsfläche:

σ_T = 265.3 m²/m².

Man erkennt, daß eine enorme Steigerung des RCS bei Verwendung der erfindungsgemäßen Fasern möglich ist. Obwohl der RCS pro Faser we sentlich kleinere Werte als bei den metallbeschichteten Glasfasern an nimmt, ist der RCS pro Einheitsfläche, bedingt durch die wesentlich höhe re Faseranzahl pro Fläche, um zwei Größenordnungen größer als bei den beschichteten Glasfaserdüppeln.

Claims

1. Breitbandig wirksames, elektromagnetische Strahlung im Frequenzbe reich 0.1-1000 GHz (Wellenlängenbereich λ: 3 m-3 mm) streuen des Düppel-Material, dadurch gekennzeichnet, daß das Material aus leitfähigen Fasern mit einem Verhältnis Faserra dius r zu Wellenlänge λ von r/λ ≦ 10^-3 und einem Verhältnis Faserlän ge L zu Faserdurchmesser D von L/D ≧ 100 besteht.

2. Düppel-Material nach Anspruch 1, insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß das Düppel-Faser-Material aus Kohlenstoff besteht.

3. Düppel-Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Düppelmaterial aus leitfähigen metallischen Fasern besteht.

4. Düppel-Material nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern eine leitfähige, metallische Beschichtung besitzen.

5. Düppel-Material nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Beschichtung aus Nickel, Wolfram, Eisen, Alumi nium oder Silber besteht, dabei vorteilhafterweise aus Nickel, Wolfram und Eisen, bevorzugt aus Aluminium und Silber.

6. Düppel-Material nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Technik zur Beschichtung der Fasern mit einer Metallschicht CVD-Verfahren (Chemical Vapor Deposition) insbesondere MOCVD (Metallorganyl-CVD)-Verfahren eingesetzt werden.

7. Düppel-Material nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbringung pyrotechnisch oder mechanisch aus speziellen, vom Anwendungsfall abhängigen Behältern erfolgt, wobei insbesonde re bei Flugkörpern mit Strahltriebwerken eine verbesserte Ausbrin gung mit Hilfe des Abgasstrahls möglich ist.