Gerichtete Antennen

[Schorsch]

Hallo.

Mal eine Frage mit indirektem Luftfahrtbezug: Wie kann man eigentlich eine Antenne mit Richtungscharackteristik realisieren?

Im Normalfall strahlt eine Antenne doch die Energie in alle Richtungen ab. Das ist ja teilweise nicht so erwünscht, und vor allem braucht man die Energie woanders für. Wie funktionieren als "gerichtete Antennen"?

 

[Intrepid]

Die Form des Reflektors entscheidet über die Form der Radarkeule. Ein kreisrunder Reflektor erzeugt auch eine kreisrunde Radarkeule, Wetterradar (nicht Phased Array) zum Beispiel. Soll die Radarkeule eine hohe Winkelgenauigkeit in der Ebene haben, aber Objekte in allen Höhen erkennen können, muss der Reflektor breit und flach sein -> Rundsichtradarantenne. Soll die Radarkeule eine hohe Winkelgenauigkeit in der Vertikalen haben, aber alle Objekte einer Fläche erfassen, so muss der Reflektor schmal und hoch sein.

Schau Dir mal ein GCA-Radarwagen an und sage mir, welche Antenne den Sinkweg auswertet und welche den Kurs.

Dass das nicht zuverlässig funktioniert und das da immer wieder mal Objekte auf dem Radarschirm zu sehen sind, die es nicht gibt oder reale Gegenstände, obwohl riesengroß und gut zurückstrahlend, nicht angezeigt werden, liegt zum Teil an den Unwägbarkeiten der Reflexion an der Antenne. Nebenkeulen seien da nur als Beispiel genannt. Radar ist und bleibt mystisch!

 

[Schorsch]

Danke erstmal für die Infos. Ich schaue in mein kleines Büchlein "Fahrzeuge der Bundeswehr" und schaue mir die Fahrzeuge eines Hawk-Raketenzuges an. Das CWAR (Continuous Wave Aquisition Radar) ist ein klassisches Radar für Entfernungsmeßradar.


Eine Frage hab ich noch. Schaut man sich ein Radar größerer Wellenlänge an, dann haben die oft nur Metallgitter. Ist dies gleichwertig mit "ausgefüllten" Schüsseln?
Gezeigt im verlinkten Bild das PAR (Pulse Aqcuisitio Radar), ebenfalls für Hawk.

*) Wer findet jetzt raus, an welcher Hochschule? :-)

An the Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule oder kurz RWTH in Aachen. Der gute Mann ist leider vor einem Jahr gestorben.
http://www.ient.rwth-aachen.de/team/lueke/index.html

 

[Dale]

Eine Frage hab ich noch. Schaut man sich ein Radar größerer Wellenlänge an, dann haben die oft nur Metallgitter. Ist dies gleichwertig mit "ausgefüllten" Schüsseln?

Richtig. Die im Verhältnis zur Wellenlänge kleinen Öffnungen wirken wie ein geschlossener Reflektor.

Einfacher Erklärungsversuch mit Flüssigkeiten unterschiedlicher Viskosität: Wasser (= hohe Frequenz) tropft durch einen Kaffeefilter, Honig (= niedrige Frequenz) bleibt drin. und klebt. ;)

Diese Analogie wird auch oft in der EMV-Technik angewandt, oder wie unser früherer Laborleiter sagt:

"Ein Geräte-Gehäuse ist erst EMV-fest, wenn Wasser drinbleibt"

 

[VJ101]

Eine Frage hab ich noch. Schaut man sich ein Radar größerer Wellenlänge an, dann haben die oft nur Metallgitter. Ist dies gleichwertig mit "ausgefüllten" Schüsseln?
Gezeigt im verlinkten Bild das PAR (Pulse Aqcuisitio Radar), ebenfalls für Hawk.

Ist es. Solange die Gitterweite kleiner ist als die verwendete Wellenlänge funktioniert es genauso wie eine "ausgefüllte" Schüssel. Die Wellen passen sozusagen nicht mehr durch das Gitter und werden reflektiert. Man spart dadurch Gewicht und kann so auch sehr große Antennen bauen.

ps: ich sollte nicht so lange im internet rumsuchen (hab auch auf die schnelle nichts passendes gefunden), so war Dale schneller ;)

 

[Schorsch]

Sind diese Mobilfunkmasten eigentlich auch gerichtet? Das heißt, ist die Abstrahlcharakteristik nach oben schlechter als nach links und rechts? Das war eine meiner Ursprungsfragen, vor allem im Zusammenhang mit Mobilfunk im Flugzeug.



Und noch eine Frage, und zwar zu den sogenannten Nebenkeulen: Die gibt es ja beim Radar und bei anderen Luftfahrtanwendungen, etwa ILS-System. Es gibt die Story von einem Flugzeug, welches einen perfekten ILS-Approach auf einer Nebenkeule des ILS-Senders macht und folgerichtig gegen den Berg flog. Wie kann man Nebenkeulen unterdrücken (also rein prinzipiell, dahinter steckt ja ne Wissenschaft)?

 

[Dale]

Eine GSM- oder UMTS-Antenne hat einen Öffnungswinkel von ca. 10° vertikal, horizontal ist er unterschiedlich aber wesentlich größer. Je nachdem, wieviele Sektoren gebildet werden. Kann man sehr schön z.b. daran erkennen, das auf wenig besiedeltem Land nur zwei oder drei Antennen am Mast hängen (180° bzw. 120°), und auf stark frequentierten Bereichen (Bahnhof, Flughafen, Innenstadt) mehr.
Ich klau mir einfach mal ein Bild :p :

http://www.umwelt.nuernberg.de/images/mobilfunk/ausbreitung_3d.jpg

 

[Schorsch]

Eine GSM- oder UMTS-Antenne hat einen Öffnungswinkel von ca. 10° vertikal, horizontal ist er unterschiedlich aber wesentlich größer. Je nachdem, wieviele Sektoren gebildet werden. Kann man sehr schön z.b. daran erkennen, das auf wenig besiedeltem Land nur zwei oder drei Antennen am Mast hängen (180° bzw. 120°), und auf stark frequentierten Bereichen (Bahnhof, Flughafen, Innenstadt) mehr.
Ich klau mir einfach mal ein Bild :p :

http://www.umwelt.nuernberg.de/images/mobilfunk/ausbreitung_3d.jpg

Danke!
Dann müsste der Empfang ja anscheinend direkt unter Antenne vergleichsweise schlecht sein (wenn es keine anderen gäbe).
Was bedeutet die Einheit V/m? Volt pro Meter?

 

[Dale]

V/m = Volt / meter, richtig.

Der EMpfang direkt unter einer Antenne ist theoretisch nicht vorhanden. Durch Überlangerungen von anderen Masten klappts trotzdem. Aber genau deswegen ist unter Fachleuten z.b. klar, das Mobilfunkantennen am besten AUF Kindergärten und Schulen errichtet werden sollten - aber mach das mal nem maulenden Vater klar (der Handy, DECT-Telefon und Garagen-Ferbedienung nutz)
Aber wenn man mit richtigen Antennen-Diagrammen anfängt zu argumentieren, hören die meisten eh nicht mehr zu und schalten auf Schmoll-Modus um: "Bla bla, ales böse, alles schlecht. Hexerei"

 

[Heuwender]

Eines verstehe ich nicht ganz.

Das Bild unten ist definitiv ein OM (Outer Marker) unter einem ILS.

Bekanntlich sendet ein OM ein scharfes und sehr eng gebündeltes Signal auf 75 Mhz. vertical nach oben welches man beim Ueberflug nur für ein paar Sekunden hört.

Das Drahtnetz welches man unten sieht ist vollkommen eben.

Wie funktioniert hier die Charakteristik?

 

[Intrepid]

Die horizontale Durchflugstrecke beim Outermarker liegt bei rund 600 Metern (in 500 Metern Höhe), beim Middlemarker bei ca. 300 Metern (in 60 Metern Höhe). Das gilt für die Einstellung "LOW". Wenn ich die Einstellung "HIGH" wähle, höre ich den Marker weit darüber hinaus. So gesehen ist das Signal nicht genau gebündelt, sondern in abgeschwächter Form sehr weit gestreut.

 

[Hirsch]

Die Antenne für den Marker besteht nicht nur aus dem ebenen Drahtgitter; ebenso haben die "Stäbe", die sich darüber befinden, eine Auswirkung auf die Bildung eines Antennendiagramms!

 

[Schorsch]

Auf Intrepid's Hinweis habe ich mal mein örtliches WWW durchsucht und ein Bild einer GCA (Ground Controlled Approach) Antenne gefunden. Man sieht die beiden gerichteten Radarschüsseln.

 

[Flugi]

Ich muss Euch mal loben.
Es gibt sie noch, die Themen, wo von kompetenter Seite etwas gut erklärt wird und man echt was lernen kann.
Danke.

 

[Block 5OM]

Die Antenne für den Marker besteht nicht nur aus dem ebenen Drahtgitter; ebenso haben die "Stäbe", die sich darüber befinden, eine Auswirkung auf die Bildung eines Antennendiagramms!

Die "Stäbe" sind die eigentliche Antenne (Dipol). Das Drahtgitter darunter wirkt als Reflektor. Damit wird die Bündelung der abgestrahlten Energie nach oben erreicht. Da die Metallfläche (relativ) eben ist, erfolgt, im Gegensatz zu den parabolförmigen Reflektoren einer Radarantenne, die Bündelung nur schwach.

 

[Heuwender]

...im Gegensatz zu den parabolförmigen Reflektoren einer Radarantenne, die Bündelung nur schwach.

Darum hasse ich OM's.
Für Situation Adwarnes ist jedes Locator Beacon unter einem ILS praktikabler und besser.
Die Nadel macht "schupps" und es passt. Oder auch nicht.