Applikationen & Fachartikel

Signale erzeugen für komplexe Anwendungen in der Militärtechnik.

Unsere elektromagnetische Umgebung ist durch die heutige Vielzahl von Sendern und Störquellen stark belastet. Um militärische Angriffsszenarien im Labor realistisch abbilden zu können, benötigt man Messtechnik mit exzellenter Signalintegrität. Durch präzise Simulationen lassen sich elektronische Schutzsysteme umfassend validieren – mit dem Ziel, dass militärische Einheiten eine reale Bedrohung zuverlässig identifizieren und damit verbundene Risiken minimieren können. Der Arbiträr-Funktionsgenerator ist eine unverzichtbare Lösung bei der Entwicklung militärtechnischer Komponenten. Dieser Artikel bietet einen Einblick in die Bedeutung der Signalerzeugung für die Ortung und Störung von Radarsystemen.

dataTec Redaktion

11.08.2025

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Applikationsbericht Defense Aerospace Applikation

Moderne Messtechnik, die die physikalische und elektromagnetische Umgebung nicht nur erfassen, sondern auch dynamisch nachbilden kann, gehört zu den essenziellen Werkzeugen für Entwicklungsingenieure. In der Militärtechnik unterstützen solche Tools sämtliche Entwicklungsstufen – vom Prototyping über die präzise Validierung bis zum finalen Einsatztest. So wird sichergestellt, dass Technologien unter realistischen Bedingungen optimiert werden und Streitkräfte bestmöglich geschützt sind.

Mit einem programmierbaren Arbiträr-Funktionsgenerator (Arbitrary Waveform Generator, AWG) lassen sich die für beliebige Testszenarien benötigten Signale präzise und wiederholbar erzeugen. In Verbindung mit innovativen Mess- und Analysetools gehört der AWG damit zur grundlegenden Laborausstattung bei der Entwicklung, Validierung und Prüfung komplexer Systeme der modernen elektronischen Kampfführung, einschließlich experimenteller Anwendungen. Hierfür muss der AWG hohe Anforderungen hinsichtlich Bandbreite, Abtastrate, vertikaler Auflösung, Dynamikbereich und Kanalanzahl erfüllen. So lassen sich anspruchsvolle Szenarien mit unterschiedlichsten Signalformen und Frequenzen realitätsnah abbilden.

Einführung in die elektronische Kampfführung.

Elektronische Kampfführung (EK, engl. Electronic Warfare, EW) umfasst alle Maßnahmen zur Nutzung und Kontrolle elektromagnetischer Wellen, um feindliche Systeme zu erkennen, zu stören oder zu täuschen. Ziel ist es, die Effektivität der gegnerischen Kommunikations- und Waffentechnik zu verringern und gleichzeitig die eigenen Systeme zu schützen. Die moderne EK umfasst nicht nur klassische Radarsysteme, sondern auch Satellitenkommunikation, Datenlinks und zunehmend softwarebasierte Funktechnologien (engl. Software Defined Radio, SDR). Die EK gliedert sich in drei Bereiche:

Elektronische Unterstützungsmaßnahmen (engl. Electronic Support, ES): Erfassung, Analyse und Identifikation elektromagnetischer Signale zur Lageaufklärung und Zielerkennung
Elektronische Gegenmaßnahmen (engl. Electronic Attack, EA): aktive Störung oder Täuschung gegnerischer Systeme, z. B. durch Jamming oder Decoy (Täuschziel)
Elektronischer Schutz (engl. Electronic Protection, EP): Schutz eigener Systeme vor gegnerischen Maßnahmen, z. B. durch Frequenzsprungverfahren oder adaptive Filter

Für jede dieser Disziplinen ist es entscheidend, dass die eingesetzte Messtechnik funktionell darauf ausgelegt ist, ein breites Spektrum an Modulationen, Protokollen und Frequenzen zu analysieren oder zu emittieren.

Anforderungen an die Signalerzeugung für militärtechnische Anwendungen.

Moderne EK-Szenarien stellen hohe Anforderungen an Signal- und Funktionsgeneratoren. Die folgenden Leistungsmerkmale ermöglichen die präzise Simulation auch hochkomplexer Signale im Labor:

Hohe Phasenauflösung, um die Richtung eines Signals mit hoher Präzision zu bestimmen (Phasenfehler <700 fs); ein Fehler von 1 ps entspricht bereits einer Winkelabweichung von circa 3,6 Grad
Hohe Bandbreite und großer Dynamikbereich (> 80 dB) für die realistische Abbildung starker und schwacher Signale bis in den GHz-Bereich
Hohe Auflösung und Abtastrate, zum Beispiel 10 Bit bei 50 GSa/s, für die präzise Darstellung moderner Radar- und Kommunikationssignale
Schnelles Umschalten (<1 µs) zwischen verschiedenen Signalformen, um Informationslücken mit Spielraum für Missverständnisse zu vermeiden, auch bei Frequenz- oder Modulationswechsel
Stabilität für Frequenz- und Modulationswechsel ohne Drift oder Übersprechen zwischen den Kanälen
Mehrkanal-Fähigkeit, zum Beispiel für MIMO-Anwendungen oder DRFM-basierte Täuschung (Digital Radio Frequency Memory). Moderne Peilsysteme arbeiten mit 4, 8, 16 oder mehr Kanälen. Die Signalquelle muss synchronisierte, phasenkohärente Signale liefern.
Programmierbarkeit und hohe Speicherkapazität für benutzerdefinierte Signalmodulationen und Szenarien
Skalierbarkeit: Für komplexe Szenarien werden skalierbare Setups benötigt, die sich an verschiedene Antennenkonfigurationen anpassen lassen.

Die Leistungsmerkmale des Funktionsgenerators AWG70000B von Tektronix erlauben die präzise Simulation komplexer Signale und machen das System zu einem marktführenden Werkzeug in der militärischen Signalerzeugung.

Technische Merkmale.

Ausgangsfrequenz: bis 20 GHz
Analogbandbreite: bis 15 GHz
Abtastrate: bis 50 GSa/s
Speicher: 2 GSa pro Kanal, optional erweiterbar auf 32 GSa
Vertikale Auflösung: 10 Bit
Störungsfreier Dynamikbereich (SFDR): -80 dBc

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Die Produkte AWG70000 und AWGSYNC01 übereinander

Funktionsprinzip der Peiltechnik (Interferometrie).

Die EK dient der Erfassung, Analyse und Klassifizierung elektromagnetischer Emissionen, um daraus Lagebilder und Bedrohungsanalysen zu erstellen. Die technische Fähigkeit, vielfältige Modulationsarten und Protokolle zu erkennen, ist entscheidend, um gezielt in Kommunikations- und Sensorsysteme eingreifen zu können. Zu den zentralen Fragestellungen gehören:

Wer sendet? (Identifikation von Quellen, z. B. Radare, Kommunikationssysteme)
Was wird gesendet? (Sprache, Daten, Modulationsarten, Protokolle)
Wo befindet sich die Quelle? (Peilung, Triangulation)
Wie kann ein Ziel gestört oder getäuscht werden?
Wie erkennt und reagiert man auf gegnerische Störmaßnahmen?

Die Peilung elektromagnetischer Signale ist ein zentrales Werkzeug der EK. Interferometrische Peilsysteme, bei denen mehrere Antennen im bekannten Abstand zueinander angeordnet sind, nutzen die Phasendifferenz eines Signals. Diese ergibt sich aus den Laufzeitunterschieden des Signals. Die Phasendifferenz zwischen den Antennen ermöglicht die Berechnung des Signal-Einfallswinkels. Moderne Systeme erreichen eine Phasenauflösung im Femtosekunden-Bereich, was eine Winkelgenauigkeit von wenigen Grad bedeutet – entscheidend für die Lokalisierung und Identifikation von Bedrohungen.

Für den Systemtest im Labor ergeben sich hieraus spezielle Anforderungen an die verwendete Signalquelle:

Präzise und stabile Signalerzeugung
Synchronisation über mehrere Kanäle
Minimale Phasenfehler (beispielsweise < 700 Femtosekunden)
Skalierbarkeit für verschiedene Systemgrößen

Trends in der Elektronischen Kampfführung.

In der technischen Entwicklung von Systemen für die EK zeichnen sich derzeit drei markante Trends ab: Phased-Array-Radarsysteme (AESA), MIMO-Radarsysteme und DRFM-Radarsysteme (Jamming).

1. Phased-Array-Radar

Beim Phased-Array-Radar kommt die aktive elektronische Strahlschwenkung einer Antenne zum Einsatz (engl. Active Electronically Scanned Array, AESA). Hierfür nutzt das Radarsystem eine Vielzahl kleiner Sende- und Empfangsmodule (TRMs), welche die Sendeenergie direkt in der Antenne erzeugen. Jedes Modul kann individuell angesteuert werden, was eine schnelle Zielverfolgung und flexible Strahlformung ermöglicht. Die Strahlformung erfolgt durch gezielte Phasenverschiebung der einzelnen Module.

Testanforderungen: Mit einem Arbiträr-Funktionsgenerator lassen sich AESA-Systeme im Labor realitätsnah testen. Hierfür muss der AWG in der Lage sein, die komplexen Strahlformungs- und Modulationsmuster dieser Systeme zu simulieren, inklusive schneller Umschaltvorgänge und simultaner Mehrkanal-Ausgabe.

Blockdiagramm eines AESA-Radars (Active Electronically Scanned Array) mit den Komponenten Display, DSP, Multi-Channel DAC & ADC, Mischer, mehreren Sende-/Empfangsmodulen (TR Module) und Antennen.

2. MIMO-Radar

MIMO-Radare (Mehrantennen-Radare, engl. Multiple Input Multiple Output Radars) nutzen mehrere, orthogonal angeordnete Antennen, die unabhängig voneinander senden und empfangen. Dies ermöglicht die simultane Abdeckung des gesamten Sichtfelds, eine bessere Zielerkennung durch räumliche Diversität und die parallele Nutzung unterschiedlicher Frequenzen und Modulationen.

Testanforderungen: Auch hier sind AWGs unverzichtbar, um komplexe Szenarien zu simulieren. Sie müssen orthogonale, phasenkohärente Signale erzeugen und Timing, Frequenz und Modulation für jeden Kanal individuell steuern können.

Blockdiagramm eines MIMO-Radars (Multiple Input Multiple Output) mit den Komponenten Display, DSP, Multi-Channel DAC & ADC, Mischer, mehreren Sende-/Empfangsmodulen (TR Module) und Antennen. Rechts sind überlagerte farbige Wellenmuster dargestellt, die di

3. DRFM-Radar

Digital Radio Frequency Memory ist eine Schlüsseltechnologie für moderne Störtechniken (Jamming). Ziel ist es, das gegnerische Radar durch falsche Zielpositionen zu täuschen. DRFM-Systeme empfangen die Sendeimpulse des Radars, digitalisieren sie und speichern ein Duplikat. Dieses kann anschließend bearbeitet und modifiziert zurückgestrahlt werden, zum Beispiel zeitverzögert, um die Geschwindigkeitsmessung des Radars zu täuschen oder um ein Scheinziel zu erzeugen, indem das Signal gezielt in die Nebenkeulen des Radars gesendet wird.

Typische DRFM-Anwendungen sind VGPO (Velocity Gate Pull-Off = Geschwindigkeitstäuschung durch Doppler-Manipulation) oder RGPO (Range Gate Pull-Off = Täuschung der Entfernungsmessung). Bei der RGPO wird dem gegnerischen Radar ein zeitverzögertes Rückkehrsignal präsentiert. Das Radar „sieht“ das Ziel immer weiter entfernt, bis es den Kontakt verliert.

Testanforderungen an den Funktionsgenerator.

Echtzeitfähigkeit: Latenzzeiten im Nanosekundenbereich
Signalintegrität: keine Verzerrungen oder Artefakte, die die Täuschung enttarnen
Hohe Bandbreite von mehreren GHz
Präzise Kontrolle der Signalverzögerung

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Jamming – Störtechniken im Detail.

Die folgende Tabelle liefert einen Überblick über die verschiedenen Arten von Störtechniken, die im Rahmen der Elektronischen Gegenmaßnahmen (EA) Anwendung finden.

Störungen und Ziele

Art der Störung	Ziel
Kommunikationsstörung	Gezielte Störung gegnerischer Kommunikationssysteme (GSM, TETRA, SATCOM etc.), z. B. durch: Breitbandrauschen, Modulationsstörung, protokollbasierte Angriffe (gezielter Paketverluste, Spoofing etc.)
Radarstörung	Verhinderung der Zielerfassung oder -verfolgung durch das gegnerische Radar, u. a.: Impulsmodulierte Störung: Störimpulse werden synchron zu den Radarimpulsen gesendet, um die Zielerfassung zu verhindern Frequenzagile Störung: Störsignal folgt den Frequenzsprüngen des Radars
Rauschstörung (Cover Jamming)	Überlagerung des Zielsignals mit starkem Rauschen, um das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) zu verschlechtern
Täuschstörung (Decoy)	Erzeugung falscher Rückkehrsignale bzw. Simulation eines attraktiveren Ziels, um das gegnerische Radarsystem zu täuschen, z. B. RGPO

Darstellung des Prinzips von Cover Jamming: Oben ein Flugzeug, das ein starkes Störsignal in Richtung eines Radars am Boden sendet. Das Radar empfängt dabei sowohl das reflektierte Signal von mehreren Flugzeugen als auch ein überlagertes Störsignal, wodur

Realitätsnahe Feldumgebung im Labor simulieren.

Die Simulation komplexer Umgebungsszenarien im Labor gehört zu den grundlegenden Methoden bei der Entwicklung und dem Testen moderner EK-Systeme. Mithilfe von AWGs können reale Bedrohungssituationen einschließlich dynamischer, schneller Frequenzwechsel nachgebildet werden. Die Testbedingungen sind wiederholbar und kontrollierbar. Dies spart Kosten und Zeit, da aufwendige Feldversuche reduziert werden können.

Aufzeichnung und Wiedergabe: Die Erfassung der Störsignale (z. B. I/Q-Daten) erfolgt üblicherweise im realen Einsatzgebiet. Der Datenimport, die Replikation und Wiedergabe der Signale im Labor ermöglichen realistische Tests zur Systemvalidierung sowie die Entwicklung besserer Filter- und Auswerteverfahren.

Typische Laboranwendungen für den AWG.

Simulation einer Mehrfachbedrohung: in einem Multi-Bedrohungs-Szenario werden gleichzeitig mehrere Radarsignale mit unterschiedlichen Eigenschaften und Frequenzen empfangen; die Pulse überlappen sich zeitlich, was die Signalverarbeitung und Identifikation erschwert
Antennenscan: die gezielte Bewegung oder Steuerung einer Radarantenne, um ein größeres Gebiet zu überwachen und Ziele zu lokalisieren; die Art des Scans beeinflusst die Detektionswahrscheinlichkeit und die Genauigkeit
Richtungsbestimmung durch Synchronisation mehrerer Kanäle (engl. Direction of Arrival, DOA)
Erzeugung und Korrektur von Breitband-LFM-Chirp-Signalen (LFM = Linear Frequency Modulation): Verbesserung der Radarleistung und Zielauflösung
Mehrfache Zielrückläufe: das System empfängt gleichzeitig die Echosignale von mehreren Zielen; die Herausforderung besteht darin, diese Rückläufe korrekt zuzuordnen und zu analysieren, um die Position und Bewegung mehrerer Objekte zu bestimmen
Frequenzagile Radare: ändern ihre Sendefrequenz rasch und unvorhersehbar; dies erschwert es gegnerischen Systemen, das Radar zu orten oder zu stören, und stellt hohe Anforderungen an die Signalverarbeitung
Erfassung und Wiedergabe von Störsignalen (Clutter): Clutter sind unerwünschte Echosignale, etwa von Gelände oder Gebäuden

Multi-Emitter-Szenarien.

In modernen militärischen Entwicklungsumgebungen gewinnen Multi-Emitter-Szenarien zunehmend an Bedeutung, um den komplexen Anforderungen an heutige und zukünftige Systeme gerecht zu werden. Dabei werden mehrere Signale unterschiedlicher Herkunft und Charakteristik kombiniert (z. B. GSM, CDMA, Radar, OFDM). Zudem können benutzerdefinierte Signale wie Single- oder Multi-Carrier-Signale sowie aufgezeichnete Signalverläufe flexibel in das Testumfeld integriert werden. So lässt sich eine Vielzahl realer Bedrohungsszenarien und Störumgebungen abbilden und die Leistungsfähigkeit und Robustheit eines Systems umfassend bewerten.

Durch die Definition und Kontrolle der zeitlichen Beziehungen aller eingebrachten Signale zueinander kann das Zusammenspiel verschiedener Sender präzise simuliert werden. Dies ist besonders für die Bewertung von Systemen mit mehreren Empfangsantennen relevant (z. B. zur Bestimmung des Einfallswinkels, engl. Angle of Arrival, AoA). Moderne Funktionsgeneratoren bieten hierfür innovative Softwarelösungen, die eine flexible Konfiguration der Szenarien sowie die Einbindung zusätzlicher Signalquellen für noch höhere Komplexität unterstützten.

Illustration eines Küstengebiets mit verschiedenen militärischen Plattformen, die unterschiedliche elektromagnetische Signale aussenden. Ein großes Flugzeug in der Mitte („System under Test“) empfängt und sendet Signale von mehreren Quellen: Datenkommunik

Zusammenfassung.

Die fortschreitende Digitalisierung und die zunehmende Komplexität militärischer Bedrohungen erfordern innovative Methoden zur Signalerzeugung. Entwicklungsingenieure im Bereich der elektronischen Kriegsführung stehen vor der Herausforderung, wirkungsvolle Systeme zu entwickeln, die sich im Labor unter realistischen Bedingungen testen lassen. Aktuelle Trends wie AESA-, MIMO- und DRFM-Radarsysteme sowie Multi-Emitter-Szenarien erfordern moderne Messtechnik, die funktionell darauf ausgelegt ist, ein breites Spektrum an Modulationen, Protokollen und Frequenzen zu emittieren.

Arbiträr-Funktionsgeneratoren (AWG) sind elementarer Bestandteil moderner EK-Testumgebungen und leisten einen entscheidenden Beitrag zur Kosten- und Zeiteffizienz bei der Entwicklung, Validierung und Optimierung von militärtechnischen Systemen. Sie ermöglichen die realitätsnahe Simulation komplexer Szenarien, bieten eine exzellente Phasenkontrolle und hohe Umschaltgeschwindigkeit. Ihre Rolle wird in Zukunft weiter zunehmen, insbesondere mit Blick auf künstliche Intelligenz, kognitive Systeme und die adaptive Simulation einer Bedrohung.