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Radar [ʁaˈdaːʶ] ist die Abkürzung für Radio Detection and Ranging (frei übersetzt: „Funkortung und -abstandsmessung“), ursprünglich Radio Aircraft Detection and Ranging (frei übersetzt: „funkbasierte Flugzeugortung und -abstandsmessung“) und ist die Bezeichnung für verschiedene Erkennungs- und Ortungsverfahren und -geräte auf der Basis elektromagnetischer Wellen im Radiofrequenzbereich (Funkwellen). Der Begriff Radar hat in der Vergangenheit die ursprüngliche deutsche Bezeichnung „Funkmeß“ ersetzt.
Radarantenne
Inhaltsverzeichnis
1 Allgemeines
2 Geschichte
2.1 Entdeckung
2.2 Entwicklung moderner Radarsysteme im Zweiten Weltkrieg
2.3 Forschung nach dem Zweiten Weltkrieg
3 Einsatzgebiete
4 Einteilung und Funktionsweise
4.1 Impulsradar
4.1.1 Entfernungsbestimmung mit dem Impulsverfahren
4.1.2 Pulserzeugung
4.1.3 Richtungsbestimmung
4.1.4 Radarbaugruppen im Impulsradar
4.1.4.1 Radarantennen
4.1.4.2 Radarsender
4.1.4.3 Empfänger
4.2 Dauerstrichradar (CW-Radar)
4.2.1 Moduliertes Dauerstrichradar (FMCW-Radar)
5 Gesundheitsschäden durch Radar
6 Siehe auch
7 Literatur
8 Weblinks
9 Einzelnachweise
Allgemeines
Radarmonitor in der Flugüberwachung eines Flugzeugträgers
Ein Radargerät ist ein Gerät, das elektromagnetische Wellen gebündelt als sogenanntes Primärsignal aussendet, die von Objekten reflektierten „Echos“ als Sekundärsignal empfängt und nach verschiedenen Kriterien auswertet. So können Informationen über die Objekte gewonnen werden. Meist handelt es sich um eine Ortung (Bestimmung von Entfernung und Winkel). Es gibt je nach Einsatzzweck unterschiedliche Radarprinzipien wie das Wetterradar, das harmonische Radar und das Überhorizontradar.
Aus den empfangenen, vom Objekt reflektierten Wellen können u. a. folgende Informationen gewonnen werden:
der Winkel bzw. die Richtung zum Objekt
die Entfernung zum Objekt (aus der Zeitverschiebung zwischen Senden und Empfangen, siehe Lichtgeschwindigkeit)
die Relativbewegung zwischen Sender und Objekt – sie kann durch den Doppler-Effekt aus der Verschiebung der Frequenz des reflektierten Signals berechnet werden
das Aneinanderreihen einzelner Messungen liefert die Wegstrecke und die Absolutgeschwindigkeit des Objektes
bei guter Auflösung des Radars können Konturen des Objektes erkannt werden (z. B. der Flugzeugtyp) oder sogar Bilder gewonnen werden (Erd- und Planetenerkundung).
Die aus dem Deutschen kommende ursprüngliche Bezeichnung Funkmeßtechnik (kurz Funkmeß) wurde nach dem Zweiten Weltkrieg in der Bundesrepublik Deutschland durch den Begriff Radar ersetzt. In der DDR wurde in der Fachsprache weiterhin von Funkmeßtechnik gesprochen.
Geschichte
→ Hauptartikel: Geschichte des Radars
Entdeckung
Das Radom mit RADAR der Fraunhofer-Gesellschaft (vormals FGAN) in Wachtberg
Die Radarkuppel, die das Radar DRBI 23 schützt. (Juli 1998)
1886 stellte Heinrich Hertz beim experimentellen Nachweis elektromagnetischer Wellen fest, dass Radiowellen an metallischen Gegenständen reflektiert werden.
Die ersten Versuche zur Ortung mit Hilfe von Radiowellen führte der deutsche Hochfrequenztechniker Christian Hülsmeyer 1904 durch. Er fand heraus, dass von Metallflächen zurückgeworfene elektrische Wellen verwendet werden können, um entfernte metallische Objekte zu detektieren. Sein Telemobiloskop zur Erkennung von Schiffen gilt als Vorläufer heutiger Radarsysteme und wurde am 30. April 1904 zum Patent angemeldet. Der Nutzen der Radartechnik wurde jedoch zunächst nicht erkannt und so geriet die Erfindung vorläufig in Vergessenheit.
Entwicklung moderner Radarsysteme im Zweiten Weltkrieg
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Der schottische Physiker Sir Robert Alexander Watson-Watt, FRS FRAeS (1892–1973) gilt als einer der Erfinder des Radars.
Watson-Watt war zunächst Assistent am Institut für Naturphilosophie des University College in Dundee, damals Teil der Universität St Andrews. Ab 1936 war er Direktor im britischen Luftfahrtministerium.
Er arbeitete über die Reflexion von Radiowellen in der Meteorologie. 1919 ließ er sich ein Verfahren zur Ortung von Objekten mittels Radiowellen (Radar) patentieren, das nach Weiterentwicklungen (Entwicklung des Sicht- oder Kurzzeitpeilers; Watson-Watt-Peiler) 1935 erstmals zur Radarortung von Flugzeugen im Meterwellenbereich eingesetzt werden konnte. Am 26. Februar 1935 gelang dem Wissenschaftler der Versuch, den testweise den Ort Daventry anfliegenden Bomber des Typs Handley Page H.P.50 mittels Radar zu entdecken.
Watson-Watt war maßgeblich an der Entwicklung der britischen Radaranlagen im Zweiten Weltkrieg beteiligt.
Der Durchbruch der Radartechnik folgte erst kurz vor und während des Zweiten Weltkrieges. Die militärische Aufrüstung in dieser Zeit führte dazu, dass ab Mitte der 1930er Jahre in mehreren Ländern parallel intensiv an der Entwicklung von Radargeräten geforscht wurde. Insbesondere die Deutschen und die Briten leisteten sich in der Folge ein regelrechtes Wettrennen in der Entwicklung von Radarsystemen. Aber auch in den USA, in der Sowjetunion sowie in Frankreich, Japan, Italien und den Niederlanden standen zu Beginn des Krieges 1939 Radaranlagen zur Verfügung.
Auf deutscher Seite hatte Rudolf Kühnhold als wissenschaftlicher Direktor der Nachrichten-Versuchsabteilung der Reichsmarine entscheidenden Anteil an der Entwicklung. Ein von ihm entwickeltes Radargerät, welches zur Tarnung DeTe-Gerät (Dezimeter-Telegraphie) genannt wurde, wurde 1934 erstmals im Kieler Hafen zur Erkennung von Schiffen getestet. Die Briten führten am 26. Februar 1935 einen ersten Feldversuch durch, bei dem Flugzeuge bis zu einer Entfernung von 13 km verfolgt werden konnten. Im September 1935 präsentierte die GEMA aus Berlin als erste ein voll funktionsfähiges Funkmessgerät.
Neben der GEMA, die Systeme wie Freya, Mammut, Wassermann und Seetakt entwickelte, war auch Telefunken mit den Systemen Würzburg und Würzburg-Riese maßgeblich an der deutschen Radartechnik beteiligt. Am 18. Dezember 1939 erfolgte der erste radargeleitete Abfangeinsatz, als bei der Luftschlacht über der Deutschen Bucht 24 britische Bomber einen Angriff auf Wilhelmshaven flogen, der abgewehrt werden konnte. Das deutsche Abwehrsystem gegen Bombergeschwader, die Kammhuber-Linie, führte über eine Länge von mehr als 1000 km von Dänemark bis Nordfrankreich.
Die Briten errichteten ab 1936 mit Chain Home ebenfalls eine Kette von Radarstationen an der Ostküste, die auf einer anderen Wellenlänge als die der Deutschen arbeitete und daher von diesen zunächst nicht erkannt wurde. Ein Meilenstein in der Radarentwicklung war Anfang 1940 die Erfindung des Magnetrons an der Universität Birmingham, das das Kerngerät aller späteren Radaranwendungen werden sollte.
Ende Januar 1943 setzen die Briten bei einem Angriff auf Hamburg erstmals ein mobiles Radarsystem in Flugzeugen ein, das zur Navigation verwendet wurde (H2S). Beide Seiten entwickelten sogenannte Düppel, einfache Metallfolienstreifen, um die gegnerischen Radarsysteme zu stören. Schnell wurden jedoch verbesserte Systeme entwickelt, die diese Störer herausfiltern konnten.
Forschung nach dem Zweiten Weltkrieg
In Deutschland kam die Forschung auf dem Gebiet Radar nach dem Krieg vollständig zum Erliegen. Die Alliierten verboten diese bis 1950. Erhebliche Fortschritte machte die Forschung in der Folgezeit insbesondere in den USA, wo zahlreiche neue theoretische Ansätze und innovative Bauteile wie Halbleiter und Mikroprozessoren entwickelt wurden. Als ein Beispiel sei das Synthetic Aperture Radar aus dem Jahr 1951 genannt.
Auch an Bord von zivilen Flugzeugen und Schiffen gehören Bordradare zur Standardausrüstung. Eine der ersten und bis heute wichtigsten zivilen Anwendungen ist die Überwachung des Luftverkehrs mittels Air Traffic Control (ATC).
Bereits Ende der 1970er Jahre entstanden erste Systeme von Abstandswarnradaren für den Automobilbereich. In der Raumfahrt wird Radartechnik seit Mitte der 1990er vor allem zur Vermessung der Erde und anderer Planeten genutzt. Zur Erfassung von Wetterdaten werden zudem Wetterradare eingesetzt.
Einsatzgebiete
Rundsichtradar auf einem Schiff; Position: Elbe westlich von Hamburg
Sea-Based X-Band Radar (SBX) (USA) das weltgrößte X-Band-Radar, hier während Modernisierungsarbeiten in Pearl Harbour im Januar 2006. Es dient ab 2007 dem US-Raketenabwehrsystem National Missile Defense und wird auf den Aleuten bei Alaska stationiert.
Radargeräte wurden für verschiedene Verwendungszwecke entwickelt:
Rundsichtradar; Überwachung von Schiffs- und Flugverkehr (auch Frühwarnstationen, z. B. das Freya-Radar), entweder als feste Station wie beim Flugsicherungsradar oder bei der Schifffahrtsverkehrssicherung, oder mobil auf Fahr- und Flugzeugen (AWACS) sowie auf Schiffen (ARPA-Anlage).
Boote können zur besseren Sichtbarkeit mit einem Radarreflektor ausgerüstet werden.
Radargeräte zur Zielverfolgung (Ground Control Intercept) als Radarstellung der Luftverteidigung, bodengebunden (z. B. Würzburg, Würzburg-Riese) oder an Bord von Fahr- und Flugzeugen, Schiffen und Raketen
Bordradar auf Flugzeugen (Radarnase), um Wetterfronten zu entdecken (Wetterradar) oder andere Flugzeuge und Raketen zu entdecken (Antikollisionssysteme, Zielsuchradar)
Bodenradar (Flugfeldüberwachungsradar) zur Überwachung der Positionen von Flug- und Fahrzeugen auf den Rollwegen eines Flughafens
Radar zur Fernerkundung und militärischer Aufklärung, um am Boden bei schlechter Sicht Einzelheiten erkennen zu können
Wetterradar, Erkennung und Ortung von Schlechtwetterfronten, Messung der Windgeschwindigkeit
Artillerieradar, zur Feuerkorrektur der eigenen Artillerie und Raketen sowie der Ortung der feindlichen Artilleriestellungen
Radar-Bewegungsmelder zur Überwachung von Gebäuden und Gelände, z. B. als Türöffner oder Lichtschalter
Radargeräte zur Messung der Geschwindigkeit im Straßenverkehr.
Kfz-Technik: radarbasierte Abstandshalter ACC (Adaptive Cruise Control) bzw. ADC, Kopplung mit Notbremsfunktion in PSS1 bis PSS3 (Predictive Safety System), Nahbereichsfunktionen wie Abstandswarner und automatisches Einparken (24 GHz, Kurzpuls im Bereich 350–400 Pikosekunden, sowie im 77–79-GHz-Band).
Auch Züge messen Wegstrecke und Geschwindigkeit mit Doppler-Radargeräten (im ISM-Band um 24 GHz).
Radarsensoren als Bewegungs- oder Füllstandsmelder
Astronomie: Kartierung von Planeten (z. B. Venus, Mars), von der Erde aus oder von Bord einer Raumsonde, Vermessung der Bahnen von Planeten, Asteroiden und Raumsonden sowie von Weltraummüll
Bioradar zur Detektion von lebenden Personen und deren Körperbewegung, wie beispielsweise bei Verschütteten in Lawinen, auf Distanzen von einigen Metern.
Windenergie: zur Detektierung von Luftfahrzeugen, um die als störend betrachtete, nächtliche Luftfahrthindernisbefeuerung der Anlagen zu mindern. Geplant ist der Einsatz von gepulsten L- und X-Band Radarsystemen.
Nach dem Zweiten Weltkrieg kam auch die Lenkung radargesteuerter Waffen wie Flugabwehrraketen dazu. Außerdem wurde das Radar auch für die zivile Schiff- und Luftfahrt eingesetzt. Die heutige Passagierluftfahrt wäre ohne Luftraumüberwachung durch Radar nicht denkbar. Auch Satelliten und Weltraumschrott werden heute durch Radar überwacht.
Als die Radargeräte leistungsfähiger wurden, entdeckte auch die Wissenschaft diese Technik. Wetterradargeräte helfen in der Meteorologie oder an Bord von Flugzeugen bei der Wettervorhersage. Mittels großer Stationen können vom Boden aus Radarbilder vom Mond, der Sonne sowie einigen Planeten erzeugt werden. Umgekehrt kann auch die Erde vom Weltraum aus durch satellitengestützte Radargeräte vermessen und erforscht werden.
Deutsches Feuerleitradar Würzburg-Riese FuMG 65, etwa 1940–43
Doppler-Radarantenne für den Kfz-Einsatz
Sturmfront auf einem Doppler-Radar-Schirm
Radarturm Hooksielplate ausgerüstet mit Radar- und Peilanlage, ist Teil des Schifffahrtsverkehrssicherungssystems Jade und Deutsche Bucht
Einteilung und Funktionsweise
Structure radar.svg
Über dieses Bild
Aktive Radargeräte werden in bildgebend und nicht bildgebend eingeteilt. Ferner unterscheidet man zwischen Impuls- und Dauerstrichradargeräten. Solche Geräte sind ihrerseits mittels Peilempfängern erkenn- und ortbar.
Als Primärradar werden Pulsradar-Geräte bezeichnet, die ausschließlich das passiv reflektierte Echo des Zieles auswerten. Es lassen sich neben der Entfernung auch die radiale Geschwindigkeit der Objekte und deren ungefähre Größe ermitteln. Auswertung reflektierter Oberwellen erlaubt Rückschlüsse auf den Flugzeugtyp.
Ein Sekundärradar umfasst ebenfalls ein Impulsradargerät, jedoch befinden sich an den Zielobjekten Transponder, die auf die Pulse reagieren und ihrerseits ein Signal zurücksenden. Hierdurch erhöht sich die Reichweite, die Objekte sind identifizierbar und können ggf. ihre Kennung und weitere Daten zurücksenden.
Peilempfänger, die die Quelle von Funkwellen (von Radar- und anderen Geräten und deren Störabstrahlung) zu militärischen Zwecken orten können, nennt man auch passives Radar. Ein passives Radar ist daher nicht anhand seiner Funkwellenaussendung zu entdecken.
Eine weitere Art von Radargeräten die nur schwer zu entdecken sind, ist das Rauschradar welches lange Pulse aussendet welche wie zufällige Störstrahlung aussehen.
Impulsradar
Entfernungsbestimmung mit dem Impulsverfahren
Entfernungsbestimmung mit dem Impulsverfahren. Das Pulsradargerät sendet einen Impuls und misst die Zeit bis zum Empfang des Echos.
Ein Pulsradargerät sendet Impulse mit einer typischen Dauer im unteren Mikrosekundenbereich und wartet dann auf Echos. Die Laufzeit \Delta t des Impulses ist die Zeit zwischen dem Senden und dem Empfang des Echos. Sie wird zur Entfernungsbestimmung genutzt. Für die Entfernung r gilt der Zusammenhang:
r \;=\; \frac{c}{2} \Delta t
Die Gruppengeschwindigkeit c ist näherungsweise gleich der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, da der Brechungsindex von Luft für Radiowellen sehr nahe an 1 ist. Je nach Reichweite des Radargerätes wird nach einem gesendeten Impuls einige Mikro- bis Millisekunden lang empfangen, bevor der nächste Impuls ausgesendet wird.
Auf dem klassischen Radarschirm beginnt die Auslenkung mit dem Sendeimpuls. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Wellen im Raum ist maßstabsgerecht mit der Anzeige. Wird ein Echo empfangen, dann ist der Abstand des Echoimpulses auf dem Sichtgerät ein Maß für die Entfernung des reflektierenden Objektes (hier: des Flugzeugs) zum Radargerät.
Pulserzeugung
Siehe auch: Hochleistungsimpulse
Um in Pulsradar-Geräten die hohen Sendeleistungen im Megawattbereich zu erzeugen, welche zur Ortung z. B. über einige 100 km nötig sind, werden auch heute Magnetrons verwendet. Dazu wird ein Magnetron z. B. mittels Trigatron, einer Hochspannungs-Schaltröhre, Thyratrons oder neuerdings auch Halbleiterschaltern gepulst betrieben.
Da sich die Sendefrequenz eines Magnetrons in Abhängigkeit von Temperatur und Betriebszustand ändern kann, wird bei Messungen der relativen Radialgeschwindigkeit die Frequenzreferenz beim Empfang aus der Sendefrequenz abgeleitet (siehe pseudokohärentes Radar).
Stationäre Pulsradargeräte erreichten Leistungen bis zu 100 MW als Spitzenimpulsleistung. Moderne Radargeräte benötigen für Reichweiten von mehreren 100 km sehr viel weniger Energie und senden teilweise Pulse mit einer Pulsleistung unter einem Megawatt. Bei der Verwendung vieler kleiner Sender kann auf strahlende Schaltröhren ganz verzichtet werden. Diese Sender erzeugen den Puls dann im Verbund. Geräte mit aktiven Phased-Array-Antennen verwenden diese Technik.
Richtungsbestimmung
Dreht man die Antenne eines Pulsradars, erhält man ein Rundsichtradar. Die scharfe Richtcharakteristik der Antenne wirkt sowohl beim Senden als auch beim Empfang. Aus der Abhängigkeit der Stärke des Echos von der Orientierung der Antenne kann sehr genau die Richtung bestimmt werden. Bekannteste Anwendungsgebiete eines solchen Rundsichtradars sind Luftraumüberwachung und Wetterradar.
Ein Flughafen-Rundsicht-Radar (ASR, Airport Surveillance Radar) kombiniert meist ein Primärradar mit einem Sekundärradar. Neben der allgemeinen Luftraumüberwachung hat es vor allem die Aufgabe dem Anfluglotsen ein genaues Bild der Luftlage rund um den Flughafen zu liefern. Die Reichweite eines ASR beträgt üblicherweise 60 sm.
Ein Anflugradar besteht aus jeweils einer waagerecht und einer senkrecht bewegten Antenne und ermöglicht, Anflugwinkel, Anflugrichtung und Anflughöhe landender Flugzeuge zu bestimmen. Der Pilot erhält die Korrekturhinweise über Funk vom Bodenpersonal oder er hat ein Anzeigeinstrument an Bord, welches Abweichungen passiv anhand der empfangenen Radarimpulse angibt. Solche Instrumentenlandungen oder Blindlandungen sind besonders bei schlechter Sicht oder bei aus militärischen Gründen unbefeuerter oder getarnter Landebahn von Bedeutung. Kurz vor dem Aufsetzen ist jedoch Bodensicht erforderlich.
Das bodengestützte STCA-System (Short Term Conflict Alert) zur Kollisionsvermeidung verwendet das Luftraumüberwachungsradar. Es berechnet aus der Flugspur (Track) von Luftfahrzeugen die Wahrscheinlichkeit eines nahen Vorbeifluges (near miss) oder gar Zusammenstoßes und warnt optisch und akustisch den Fluglotsen.
Das Schwenken des Abtaststrahles eines Impulsradars kann statt durch die Ausrichtung der Antenne auch elektronisch durch phasengesteuerte Antennenarrays bewirkt werden. Damit können in schnellem Wechsel mehrere Objekte angepeilt und quasi simultan verfolgt werden.
Das Synthetic Aperture Radar erreicht eine hohe, entfernungsunabhängige Auflösung in Azimut. Die erforderliche Aperturgröße wird rechnerisch aus der realen Apertur einer kleinen, bewegten Antenne zusammengesetzt. Dazu muss die Bewegung der Antenne relativ zu dem beobachteten (starren) Objekt genau bekannt und die Phase der ausgesendeten Impulse kohärent zueinander sein. Erdsatelliten und Raumsonden verwenden solche Systeme zur Vermessung von Geländeprofilen.
Radarbaugruppen im Impulsradar
Radarantennen
Älteres Impulsmagnetron eines Radarsenders (ca. 9 GHz, 7 kW, Impulsdauer 0,1 bis 1 µs), links unten isolierter Heiz- und Kathodenanschluss, rechts oben Hohlleiterflansch
der Sender (PAT-Konzept), die Empfänger und Signalprozessor des polarimetrischen Wetterradars „Meteor 1500 S“
Die Antenne ist eines der auffälligsten Teile der Radaranlage. Die Antenne sichert durch das Antennendiagramm und ggf. eine Drehbewegung die erforderliche Verteilung der Sendeleistung im Raum. Die Antenne wird meist im Zeitmultiplexbetrieb verwendet. Während der Empfangszeit empfängt sie dann die reflektierte Energie.
Das Antennendiagramm muss sehr stark bündeln, damit ein gutes laterales und vertikales Auflösungsvermögen erreicht wird. Das Entfernungs-Auflösungsvermögen wird dagegen durch die Impulsdauer bestimmt. Im Falle einer mechanischen Raumabtastung wird die Antenne gedreht oder hin- und hergeschwenkt. Diese Bewegung kann ein erhebliches mechanisches Problem bereiten, weil die Antennenreflektoren bei großen Wellenlängen bzw. hoher Bündelung sehr große Dimensionen erreichen. Bei Radargeräten sind folgende Antennenbauformen üblich:
Phased-Array-Antennen (siehe auch Gruppenantenne, Panelantenne)
Active Electronically Scanned Array, wie vor, jedoch mit elektronischer Ansteuerung der Einzelelemente, elektronische Strahlschwenkung, Zielverfolgung
Parabolantennen
Modernere Radargeräte mit Multifunktionseigenschaften verwenden immer eine Phased-Array-Antenne, ältere Gerätesysteme meist die Parabolantenne, die zur Erzeugung eines Cosecans²-Diagramms von der idealen Parabolform abweicht.
Radarsender
Eine in älteren Radargeräten, jedoch auch heute verwendete[1] Senderbauart sind selbstschwingende Impuls-Oszillatoren, die aus einem Magnetron bestehen. Das Magnetron wird durch einen Hochspannungsimpuls gespeist und erzeugt einen Hochfrequenz-Impuls hoher Leistung (0,1…10 µs, Leistung einige kW bis einige MW). Der Hochspannungsimpuls für das Magnetron wird durch einen Modulator (Schaltröhre oder heute auch Halbleiterschalter mit MOSFET) bereitgestellt. Dieses Sendesystem wird auch POT (Power-Oszillator-Transmitter) genannt. Radargeräte mit einem POT sind entweder nicht kohärent oder pseudokohärent.
Ein in moderneren Radargeräten verwendetes Konzept ist der PAT (Power-Amplifier-Transmitter). Bei diesem Sendersystem wird in einem Generator der fertige Sendeimpuls mit kleiner Leistung erzeugt und dann mit einem Hochleistungsverstärker (Amplitron, Klystron, Wanderfeldröhre oder Halbleiter-Sendermodulen) auf die nötige Leistung gebracht. Radargeräte mit einem PAT sind in den meisten Fällen vollkohärent und können deshalb besonders gut zur Erkennung von bewegten Objekten durch Ausnutzung der Doppler-Frequenz eingesetzt werden.
Empfänger
Der Empfänger nutzt meist die Sendeantenne und muss daher vor dem Sendeimpuls geschützt werden, Das geschieht mit Zirkulatoren, Richtkopplern und Nulloden. Der Empfang erfolgt mit dem Überlagerungsprinzip, früher wurde als Oszillator ein Reflexklystron verwendet, zur Mischung und Demodulation dienten koaxial aufgebaute, in Hohlleiter eingeschraubte Spitzendioden. Heutige Empfänger arbeiten vollständig mit Halbleitern und sind in Streifenleitertechnik aufgebaut.
Dauerstrichradar (CW-Radar)
→ Hauptartikel: Dauerstrichradar
Ein CW-Radar (CW für engl. continuous wave - Dauersender) konstanter Frequenz kann keine Entfernungen messen, aber über die Richtwirkung seiner Antenne den Azimut zu einem Ziel. Es wird zur Geschwindigkeitsmessung genutzt. Dabei wird die über eine Antenne abgestrahlte Frequenz vom Ziel (beispielsweise einem Auto) reflektiert und mit einer gewissen Doppler-Verschiebung, also geringfügig geändert, wieder empfangen. Da nur bewegte Objekte erkannt werden, fehlen störende Einflusse von Festzielen. Durch einen Vergleich der gesendeten mit der empfangenen Frequenz (Homodyne Detektion) kann die radiale Geschwindigkeitskomponente bestimmt werden, die um einen Kosinusfaktor kleiner ist als der Betrag des Geschwindigkeitsvektors.
An Schienenfahrzeugen werden Geschwindigkeitssensoren nach diesem Prinzip eingesetzt, sie strahlen schräg ins Gleisbett. Die erforderlichen Sendeleistungen sind sehr gering und werden oft mit Gunn-Dioden erzeugt.
Erste Radargeräte der Verkehrspolizei waren ebenfalls Dauerstrichradar-Geräte. Da sie keine Entfernung messen konnten, arbeiteten sie noch nicht automatisch.
Flugabwehr-Radargeräte mit Doppler-Erfassungsradar, wie das AN/MPQ-55 (CWAR), erkennen ihr Ziel auch bei starker Düppel-Störung.
Radar-Bewegungsmelder arbeiten ebenfalls nach diesem Prinzip, sie müssen jedoch hierzu auch langsame Änderungen der Empfangsfeldstärke aufgrund sich ändernder Interferenzverhältnisse registrieren können.
Moduliertes Dauerstrichradar (FMCW-Radar)
Industriell gefertigtes 61 GHz FMCW-Radar zur Entfernungsmessung
Eine weiterentwickelte Art sind die FMCW (frequency modulated continuous wave) Radargeräte, auch „Modulated CW-Radar“ oder „FM-Radar“. Sie senden mit einer sich ständig ändernden Frequenz. Die Frequenz steigt entweder linear an, um bei einem bestimmten Wert abrupt wieder auf den Anfangswert abzufallen (Sägezahnmuster), oder sie steigt und fällt abwechselnd mit konstanter Änderungsgeschwindigkeit. Durch die lineare Änderung der Frequenz und durch das stetige Senden ist es möglich, neben der Differenzgeschwindigkeit zwischen Sender und Objekt auch gleichzeitig deren absolute Entfernung voneinander zu ermitteln. „Radar-Fallen“ der Verkehrspolizei arbeiten auf diese Weise und lösen bei Geschwindigkeitsüberschreitung bei einer bestimmten Entfernung zum Ziel den Fotoblitz aus. Radar-Höhenmesser von Flugzeugen und Abstandswarngeräte in Autos arbeiten nach diesem Prinzip. Neuerdings wird diese Technologie auch im Sportbootbereich eingesetzt, beispielsweise unter der Bezeichnung „Broadband Radar“.[2] Eine Nutzung dieses „Broadband Radar“ auf Flugplätzen ist nicht möglich, da die Dopplerfrequenz von Flugzeugen zu groß ist und dadurch Messfehler von bis zu mehreren Kilometern entstehen.
FMCW-Radare werden außerdem in industriellen Anwendungen zur Abstandsmessung und zur Messung von Füllstandshöhe in Tanks eingesetzt.
Gesundheitsschäden durch Radar
Die in den Schaltröhren militärischer Radaranlagen entstehende Röntgenstrahlung war bis mindestens in die 1980er Jahre häufig unzureichend abgeschirmt. Darüber hinaus mussten Wartungs- und Justierarbeiten oft am geöffneten Gerät durchgeführt werden. Dies führte zu Strahlenschäden bei vielen Bedienungs- und Wartungssoldaten bei der NVA und der Bundeswehr. Eine große Zahl von Soldaten, vor allem ehemalige Radartechniker, erkrankte dadurch später an Krebs, viele sind bereits in relativ jungem Alter verstorben. Die Zahl der Geschädigten (Radaropfer) beträgt mehrere Tausend. Grundsätzlich wurde der Zusammenhang von der Bundeswehr anerkannt und in vielen Fällen eine Zusatzrente gezahlt.
Die deutschen HPIR High Power Illuminating Radar des Waffensystem MIM-23 Hawk wurden deshalb mit einer zusätzlichen, gelben Rundumkennleuchte versehen, die bei aktivem Sender leuchtete.
Siehe auch
Portal: Radartechnik – Übersicht zu Wikipedia-Inhalten zum Thema Radartechnik
Literatur
David K. Barton (Hrsg.): Radar evaluation handbook. Artech House, Boston MA 1991, ISBN 0-89006-488-1, (Artech House radar library).
Guy Kouemou (Hrsg.): Radar Technology. InTech, 2010, ISBN 978-953-307-029-2, (online).
Albrecht Ludloff: Praxiswissen Radar und Radarsignalverarbeitung. 3. überarbeitete und erweiterte Auflage. Vieweg Verlag, Braunschweig 2002, ISBN 3-528-26568-X, (Viewegs Fachbücher der Technik).
Albrecht Ludloff: Praxiswissen Radar und Radarsignalverarbeitung. 4. überarbeitete und erweiterte Auflage. Vieweg Verlag, Braunschweig 2008, ISBN 978-3-8348-0597-3, (Praxis : Informations- und Kommunikationstechnik).
J. D. Schirman: Theoretische Grundlagen der Funkortung. Militärverlag der DDR, Berlin 1977.
Merill I. Skolnik (Hrsg.): Radar Handbook. 3. Auflage. Mcgraw-Hill Professional, New York NY 2008, ISBN 978-0-0714-8547-0.
Weblinks
Wiktionary: Radar – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
Commons: Radar – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien
Einführung in die Radargrundlagen. auf radartutorial.eu
Die Geschichte des Radars auf 100-jahre-radar.de
Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR
Weltraumbeobachtungsradar TIRA (Tracking and Imaging Radar) des Fraunhofer FHR
Einzelnachweise
↑ Funknavigation – Radar gestern und heute
↑ Broadband Radar auf simrad-yachting.com
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