MesstechnikGrundprinzipien von Radarsystemenund deren praktische MessungDie Verbreitung fortschrittlicherRadarsysteme erfordertregelmäßige Wartungstests vonRadarsendern und effektiveMessmethoden, um einen stabilenBetrieb und die Einhaltungder einschlägigen Gesetze zugewährleisten. In diesem Beitragwerden Messinstrumentezur Prüfung der grundlegendenHochfrequenzparameter vonImpulsradaren beschrieben, diehäufig bei Wetterradaren oderin der Flugsicherung anzutreffensind.RADAR = RAdio Detection AndRanging (Funkortung)Radar ist ein System zur Erkennungvon Objekten mithilfereflektierter elektromagnetischerEnergie. Radarsysteme könnenden Azimut, die Elevation, denHöhenwinkel (durch Berechnungdie Zielhöhe), die Entfernungund tangentiale Geschwindigkeitvon entfernten Objektenmessen. Moderne Radarsystemekönnen die Form und den Typdes entfernten Objekts identifizieren,um seine Bewegung zuverfolgen.Quelle:White Paper „Basics ofRadar and TransmitterMeasurements“Anritsuwww.anritsu.comübersetzt von FSRadarsysteme haben im Vergleichzu optischen und mechanischenMessmethoden folgendeVorteile:• Messung bei Tag und Nachtunabhängig von schlechtenSichtverhältnissen• Messung über große Entfernungenund weite Bereichevom Radarstandort aus, dieüber die Messfähigkeit dervisuellen und physikalischenMesstechnik hinausgeht• genauere und detailliertereMessung durch Kombinationvon Daten, die mit verschiedenenMethoden erfasstwurdenDie Aufmachergrafik zeigt dasGrundkonzept eines Radars.Tabelle 1 bringt exemplarisch dievon Radargeräten verwendetenFrequenzbänder. Relativ gesehenkönnen mit den niedrigerenIEE Band DefinitionFrequenzbändern größere Entfernungengemessen werden,während sich die höheren Frequenzbänderbesser für die Messungkürzerer Entfernungen mithöherer Auflösung eignen. DieFrequenzbänder werden durchzivile als auch militärische Nutzerbelegt. Grundsätzlich könnenRadare nach deren Eigenschaftenin• Primärradare• Sekundärradare• Dauerstrichradare (CW)• modulierte Dauerstrichradare(FMCW)• Impulsradare• bistatische Radare• Sidelooking Airborne Radareeingeteilt werden.Frequency BandMaximumRangeUHF-Band 30 ~ 1,000 MHz LongL-BandS-BandC-BandX-BandKu-BandK-BandTabelle 1: Haupt-Radarfrequenzen1,000 ~ 2000 MHz2,000 ~ 4,000 MHz4,000 ~ 8,000 MHz8 ~ 12 GHz12 ~ 18 GHz18 ~ 26.5 GHzShortDaneben können Radargeräteder Verwendung nach in• Flugsicherungsradare• Luftverteidigungsradare• Bodenradare• Wetterradare, hier Niederschlagsradare,Wolkenradareund Windprofilerunterteilt werden.Radarsysteme für noch höhereBänder (24, 60, 76, 79, 94, 120und 240 GHz usw.) werden alsMillimeterwellenradare bezeichnet.Hier wird das Radar eherals Sensor genutzt. So zum Beispielals Adaptive Cruise Control(ACC) Radar in Kraftfahrzeugen,in intelligenten Transportsystemen(ITS) zur Kollisionsvermeidungim Straßenverkehr oderum die Präsenz von Personenoder Objekten festzustellen.Selbst im Gesundheitswesensteigt die Anzahl der Radaranwendungen.Ein Radarsensorkann Herz- und Atemwertedurch Kleidung, Bettdecken undsogar Matratzen hindurch erfassenund entsprechende Daten anÜberwachungsgeräte übertragen.Die obengenannten größerenRadarsysteme bestehen ausAntenne(n), Duplexer, Sender,Empfänger, Signalverarbeitung,Steuerung und Anzeigeeinheiten.Im Allgemeinen wird dieAntenne sowohl zum Senden alsauch zum Empfangen verwendetResolutionLowHighAntennaLargeSmall36 hf-praxis 4/2025
MesstechnikVideospektren reine Zielinformationenmit einem bestimmtenDatenformat erarbeitet. DasDisplay (A-, B-, PPI-Scope oderRaster Scan Monitor) ist sokonzipiert, dass es den Systemanforderungenentspricht undschnelle und klare Bilder desZiels anzeigt, einschließlichOverlay-Anzeige auf Kartendaten.Bild 1 zeigt Elemente desRadarsystems.Bild 1: Elemente des Radarsystems(monostatisches Prinzip), daherwird eine Sende-Empfangsweiche(eng. häufig als Duplexerbezeichnet) genutzt, die dieAntenne beim Senden an denSender beim Empfang an denEmpfänger koppelt.Das Radarsignal wird überdie Antenne in der Regel alsmöglichst schmaler Beam ausgestrahlt,um entfernte Zieleklar voneinander unterscheidenzu können. Für einen360°-Rundumblick wird dieAntenne elektrisch-mechanischgedreht. Moderne Phased-Array-Antennen gestatten auch dieRaumabtastung mittels elektronischerStrahlschwenkung.Mit Magnetron,Klystron und TWTDer Sender verwendete inder Vergangenheit häufig eineÜbertragungsröhrentechnologiewie zum Beispiel Magnetron(250 kW bis 1 MW), Klystron(bis ca. 30 kW), TWT (200W), CCTWT (Coupled-CavityTravel Wave Tube, 30 kW bis3 MW). Abhängig vom DutyCycle (Tastverhältnis) könnenmit diesen Röhrentechnologiengroße Entfernungen überbrücktwerden. Jedoch sind die Wartungskostenaufgrund der kurzenLebensdauer der Röhren hoch.So kann es Probleme mit Frequenzstabilitätund Frequenzbandbelegungsdichtegeben.leistung, hohe Schaltgeschwindigkeitund Bandbreite sowiegute Hochfrequenzeigenschaftenaus. Halbleiter-Radargeräte sinddamit sehr zuverlässig, sodassdie Wartungskosten extrem niedrigund unerwünschte Emissionen(Störsignale) bei stabilenFrequenzen gering sind undim selben Frequenzband sogarzusätzliche Geräte betriebenwerden können.Neben dem gewünschtem Zielechoist der Empfänger auchmit externen Stör- und Rauschsignalenoder sogar Falschzielenkonfrontiert. Der Radarempfängerhat die Aufgabe, die von derAntenne aufgefangenen sehrschwachen Echosignale weiterzuverarbeiten,sie ausreichend zuverstärken und zu demodulieren,deren Impulsflanken zu regenerierenund als Videosignal amAusgang bereitzustellen.Bild 2: Aufbau eines ImpulsradarsRadarempfänger müssen übereine außerordentlich hohe Empfindlichkeitverfügen, um dieschwachen Echosignale etwa20- bis 30-millionenfach zu verstärken.Üblicherweise wird einSuperheterodyn-Empfängerkonzeptverwendet, um das Empfangssignalauf eine niedrigereZwischenfrequenz herabzumischenbzw. dort digital abzutasten.In der anschließendenRadarsignalverarbeitung werdendie gewünschten Daten auf derBasis von Dopplerfrequenzverarbeitungund den charakteristischenAmplituden der jeweiligenVideoimpulse von Zielzeichenermittelt und von Störsignalenwie Rauschen und Festzielengetrennt.Die Zielzeichenerkennung bildetden Abschluss in der Kette derRadarsignalverarbeitung. Hierwerden aus den verschiedenenRadargeräteGrob lassen sich Radargerätein Pulse-Radare (Bild 2) undDauerstrich-Radare (Bild 3)aufteilen.Ein Impulsradar oder Puls radarsendet zeitlich kurze und leistungsstarkeImpulse aus undempfängt in der Sendepausederen Echosignale.Im Gegensatz zu Dauerstrichradarwird der Sender bereits vorBeendigung des Messvorgangsabgeschaltet. Dieses Radarverfahrenist gekennzeichnet durcheine Impulsmodulation mit sehrkurzen Sendeimpulsen (typischerweisemit einer Sendeimpulsdauervon 0,1…1 µs).Zwischen den Sendeimpulsenliegen als Empfangszeit bezeichnetesehr große Tast pausen (typischerweiseum 1 ms). Die Entfernungder reflektierenden Objektewerden durch LaufzeitmessungHeutzutage werden darum vermehrtGaN Solid State PowerAmplifiers (SSPAs) eingesetzt,wobei sich ebenfalls hohe Ausgangsleistungenbis zu 120 kWerzeugen lassen. SSPAs zeichnensich durch hohe Eingangsimpedanz,große Ausgangs-Bild 3: Aufbau eines FM-CW-Radarshf-praxis 4/2025 37
