MesstechnikBild 4:
MesstechnikBild 4: Unerwünschte Neben- und Außerband-EmissionsbereicheCenter Frequency Rangebestimmt (bei einem feststehenden Radar)oder durch einen Vergleich der für eine Entfernungcharakteristischen Änderungen desDopplerspektrums mit den in einer Datenbankgespeicherten Werten für eine gegebeneEntfernung ermittelt (bei einem Radarauf einer bewegten Plattform).Impulsradare werden meist für große Entfernungenkonzipiert und senden mit relativstarker Impulsleistung. Die Impulszykluszeitist die Zweiwegzeit, die das Signal benötigt,um die erforderliche maximale Suchreichweitezurückzulegen. Die Impulsradar-Entfernungsauflösung und die minimaleSuchreichweite sind nahezu proportionalzur Impulsbreite. Ziele in größeren Entfernungenkönnen durch eine Verbreiterung derImpulsbreite und eine Erhöhung der Sendeleistungerfasst werden, aber die minimaleErfassungsreichweite wird größer, wenn derSendepulswiederholungszyklus länger wird.Zudem lassen sich dadurch schlecht Zieleauflösen, die dicht beieinander liegen oderdie maximale eindeutige Mess entfernungüberschreiten.Im Allgemeinen erzeugen Radargeräte mitÜbertragungsröhren (Magnetron, Klystron,TWT) einen kurzen Impuls in Kombinationmit einer hohen Sendeantennenleistung, umZiele sowohl in großen als auch in kleinenMeasurement Frequency RangeLo Frequency LimitHi Frequency Limit100 ~ 300 MHz 9 kHz 10th Harmonic300 ~ 600 MHz 30 MHz 3 GHz600 MHz ~ 5.2 GHz 30 MHz Fifth Harmonic5.2 ~ 13 GHz 30 MHz 26 GHz13 ~ 150 GHz 30 MHz Second HarmonicTabelle 2: Gemessener Frequenzbereich unerwünschter EmissionenEntfernungen zu erfassen. Im Vergleichdazu haben SSPA-basierte Radargeräte einegeringere Antennenleistung. Das gleichzeitigeErkennen von Zielen sowohl in großerals auch in geringer Entfernung ist möglichindem eine Kombination aus langenund kurzen Impulsen gesendet (gestaffelteImpulsperioden) wird.Die Pulskompression ist eine Technologie,die sowohl die Erkennung maximaler alsauch minimaler Reichweiten ermöglicht.Bei Radargeräten mit Pulskompression wirddie Entfernungsauflösung nicht mehr durchdie Sendeimpulsdauer, sondern durch dieLänge der Ausgangsimpulse nach der Pulskompressionbestimmt. Diese ist abhängigvon der Bandbreite des Sendeimpulses oderauch dem sogenannten Zeit-BandbreitenProdukt. Ziel ist es, die Reichweite und dieEntfernungsauflösung zu erhöhen, dabeiaber gleichzeitig die Leistungsabgabe desImpulses innerhalb praktischer Grenzen zuhalten. Hierfür wird der gesendete Impulsmoduliert. In Publikationen wird oft auchder Begriff CHIRP-Radar aus der englischenSprache übernommen (Compressed, HIgh-Resolution Pulse, CHIRP). Es wird dabeiFrequenzmodulation (auch als FrequencyModulation on Pulse, FMOP bezeichnet)oder Phasenmodulation (auch als PhaseModulation on Pulse, PMOP bezeichnet)für die Pulskompression verwendet. Die FMkann linear, nichtlinear oder zeitabhängigcodiert erfolgen, die PM ist zeitabhängigcodierte Puls-Phasenmodulation.Frequenzmoduliertes Dauerstrichradar(Frequency-Modulated Continuous WaveRadar = FMCW Radar) ist ein speziellerTyp von Radarsensor, der wie ein einfachesDauerstrichradar (CW-Radar) einkontinuierliches Sendesignal abstrahlt. ImGegensatz dazu kann ein FMCW-Radarseine Arbeitsfrequenz während der Messungändern: D.h., das Sendesignal wirdin der Frequenz moduliert. Dadurch werdenzusätzliche Messmöglichkeiten durchLaufzeitmessungen erst technisch möglich.Da das FM-CW-Radar im Vergleich zumImpulsradar ein hohes S/N erzielt, ohne dasseine hohe Sendesignalleistung erforderlichist, wird es in einer Vielzahl von Anwendungeneingesetzt, z.B. in kompakten LuftundRaumfahrtanwendungen mit Halbleitern,in meteorologischen Radargeräten undin Radargeräten zur Kollisionsvermeidungim Straßenverkehr. Neuere Hochleistungsradargeräteverwenden eine Kombinationmehrerer Technologien für die hochauflösendeErkennung und Positionsmessungüber einen größeren Bereich.Charakterisierung und Messungvon RadarsendernPulsradare lassen sich mit den folgendenSignalparametern beschreiben:• Spitzenleistung (Ppeak)/durchschnittlicheSendeleistung (Pavg)• Spitzenhüllkurvenleistung (PEP)• Impulsdauer/Impulsbreite (PD oder t)• Pulswiederholfrequenz/Impulsfolgefrequenz(PRF) oder Pulswiederholzeit (PRT)• Impulsanstiegszeit/Impulsabfallzeit• Sendefrequenz/Frequenzabweichung• erforderliche Frequenzbandbreite/40-dB-BandbreiteWie bereits erläutert, sind Sendefrequenz,Sendeleistung, Impulsbreite und Impulszyklusdie Hauptfaktoren, die die Radarleistungbeeinflussen. Eine genaue Messungdieser Eigenschaften ist erforderlich,um einen stabilen Betrieb und die Wartungvon Radarsystemen zu gewährleisten. Folglichmüssen Radargeräte, die von internationalenOrganisationen und nationalenGesetzgebungen für Radarsysteme festgelegtenLeistungs- und Funktionsanforderungenerfüllen. Darüber hinaus müssender Messort und die Messumgebung auchden Zeit- und Ressourcenaufwand für die38 hf-praxis 4/2025
MesstechnikBild 5: Änderungen des Impulssignals mit der Zeit,Impulsdauer/Impulslänge t und Anstiegszeit t r = Abfallzeit t fPrüfung, die Fähigkeiten und Erfahrungendes Prüftechnikers, das Berichtsformat unddie Kosten berücksichtigen.Angesichts der zunehmenden Anzahl vonRadaranlagen stellt sich die Frage, wie effektiveund kostengünstige Prüfmethoden aufder Grundlage der neuesten Standards undkonventionellen Methoden gefunden werdenkönnen.Standards für unerwünschte EmissionenDie effektive Nutzung begrenzter Funkressourcenist ein Schlüsselelement für Funkkommunikationssysteme,einschließlichRadar, und eine grundlegende technologischeAnforderung ist die Unterdrückungvon Interferenzen mit anderen Funksystemen.Die ITU definiert die grundlegendenGrenzwerte für unerwünschte Spurious- undOut-of-Band-Emissionen (OoB) in ITU-RSM.329 und ITU-R SM.1541, währendITU-R M.1177 Techniken zur Messungunerwünschter Emissionen von Radarsystemendie Messmethoden definiert. Der Störbereichist der Bereich außerhalb des OoB-Bereichs, in dem Störemissionen auftreten.Der OoB-Bereich ist der Bereich unmittelbaraußerhalb der erforderlichen Frequenzbandbreite(BN) mit dem für die Datenübertragungerforderlichen modulierten Signal,wobei der Störbereich ausgeschlossen ist.Der OoB-Bereich ist der Bereich, in demunerwünschte Emissionen dominieren.Bild 4 zeigt unerwünschte Neben- undAußerband-Emissionsbereiche. ITU-RSM.329 definiert die Messfrequenzbereicheunerwünschter Emissionen, die inTabelle 2 aufgeführt sind. UnerwünschteEmissionen werden gemessen, währendder Radarsender tatsächlich in Betrieb istund die Modulations wellenform sendet. Diezulässigen Werte für unerwünschte Emissionenim Störbereich von Radargerätenwerden je nach nationaler und regionalerGesetzgebung sowie nach Radartyp undBetriebsbedingungen separat festgelegt.Für Funkortungs-Radargeräte definiertITU-R SM.329 Kategorie A den kleinstenDämpfungswert von entweder 43 + 10log-PEP (Peak Envelope Power, Spitzenhüllkurvenleistung)oder 60 dB als Grenzwertfür unerwünschte Emissionen im Spurious-Domain-Bereich. Systeme zur Messungunerwünschter Emissionen im Störbereichsollten eine Messspanne aufweisen, diemindestens 10 dB über dem Störpegel liegt.ITU-R SM.1541 definiert die OoB-Maskenbegrenzungenfür Radarsysteme in Anhang8. Obwohl die Maskengrenzwerte im Frequenzbereichdefiniert sind, bestimmen dieImpulsdauer (oder Impulsbreite) und dieAnstiegszeit die erforderliche Bandbreite(BN), s. Bild 5.Bild 6: Radar-Tx-SignalDie erforderlichen Bandbreiten, die Obergrenzefür unerwünschte OoB-Emissionenund der B-40dB-Wert lassen sich mit Gleichungenerfassen, s. Originalbeitrag. DieOoB-Maskenlinie fällt sanft von 40 dBauf den Störpegel ab und beträgt je nachWellen formtyp entweder 20, 30 oder 40 dB/Dekade. Der Begriff „pro Dekade“ drücktdie Dämpfung aus, wenn sich die Frequenzlogarithmisch verzehnfacht. Wenn die Mittenfrequenzder 40-dB-Bandbreite bei 0%liegt, wird die Frequenz für diese 40-dB-Bandbreite als –50% bis +50% ausgedrückt;wenn die Dämpfung bei zehnfacher Frequenzvon einer 50%-Seite (oder bei 500%)20 dB ausmacht, beträgt sie 20 dB/Dekade.Da diese logarithmische Dämpfung größerwird, da die von beiden Seiten der 40-dB-Bandbreite gezogene Maske den Stör pegelmit der kleinsten Frequenzänderung erreicht,ist es notwendig, unerwünschte Störsignaleim benachbarten Spektrum zu unter drücken,s. Bild 6.ITU-R M.1177 definiert die direkten undindirekten Messmethoden für die Betriebsfrequenzbänder,die von den gemessenenRadaranlagen in Anhang 1 und 2 verwendetwerden. Erstere umfasst Radargerätemit Frequenzen von 50 bis 400 MHz unddarüber. Letztere, die mit Frequenzen bis50 MHz und von 50 bis 400 MHz arbeiten.Bei der direkten Methode wird einereflektions arme bzw. -freie Messkammerverwendet, um die von der Radarantenneabgestrahlte Leistung mithilfe einer Messantennezu messen. Bei der indirektenMethode erfolgt die Fernfeldkalibrierungdurch Berechnung der gemessenen Leistungam Ausgang des Senders und demGewinn der Antennencharakteristik. Beider eigentlichen Messung ist Erzeugungeiner Testumgebung wichtig, die den Typdes Radarsystems, die Betriebsform, dieTestschnittstelle und die zugehörigen Spezifikationenund Standards berücksichtigt.hf-praxis 4/2025 39
