Stellen Sie sich vor, Sie könnten durch Wände sehen, Entfernungen präzise bestimmen und die Welt um sich herum in einer völlig neuen Dimension erfassen. Die Radartechnik macht genau das möglich, und dieses Buch enthüllt die faszinierenden Geheimnisse hinter dieser bahnbrechenden Technologie. Von den historischen Anfängen, als elektromagnetische Wellen zur Ortung von Flugzeugen im Zweiten Weltkrieg eingesetzt wurden, bis hin zu den modernen Anwendungen in der Verkehrsüberwachung, der Luftraumkontrolle und sogar der Astronomie, bietet diese umfassende Darstellung einen leicht verständlichen Einblick in die physikalischen Grundlagen und technischen Details von Radarsystemen. Entdecken Sie, wie Radarwellen zur Entfernungsmessung und Geschwindigkeitsbestimmung genutzt werden, welche Komponenten für die Signalgenerierung, Verstärkung und Aussendung erforderlich sind, und welche Faktoren die maximale Reichweite eines Radargeräts beeinflussen. Anhand eines detaillierten Anwendungsbeispiels wird die Funktionsweise eines Radarsystems Schritt für Schritt erklärt, sodass Sie die Technologie hinter den alltäglichen Anwendungen wie Geschwindigkeitsmessungen der Polizei und der Überwachung des Luftverkehrs vollständig verstehen können. Dieses Buch ist nicht nur eine Einführung in die Radartechnik, sondern auch eine Einladung, die Welt mit neuen Augen zu sehen und die technologischen Fortschritte zu würdigen, die unser Leben sicherer und effizienter machen. Tauchen Sie ein in die Welt der Radarwissenschaft, erweitern Sie Ihr Wissen und entwickeln Sie ein kritisches Verständnis für diese allgegenwärtige Technologie. Ob Student, Ingenieur oder einfach nur neugieriger Leser – dieses Buch bietet Ihnen das Rüstzeug, um die Radartechnik zu verstehen und ihre vielfältigen Einsatzmöglichkeiten zu erkennen. Erforschen Sie die Geschichte, die Prinzipien und die Zukunft einer Technologie, die unsere Wahrnehmung der Welt revolutioniert hat und weiterhin revolutionieren wird. Wagen Sie einen Blick hinter die Kulissen und entdecken Sie die verborgenen Kräfte, die unsichtbar um uns herum wirken. Lassen Sie sich von der Präzision und Vielseitigkeit der Radartechnik begeistern und ergründen Sie die Potenziale, die in dieser faszinierenden Wissenschaft stecken. Die Reise durch die Welt des Radars beginnt hier – sind Sie bereit, sie anzutreten?
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Kapitelübersicht
2 Historie der Radartechnik
3 Physikalische und technische Grundlagen
3.1 Entfernungsmessung
3.2 Geschwindigkeitsmessung
3.3 Gerätetechnik
3.3.1 Generierung des Signals
3.3.2 Verstärkung des Signals
3.3.3 Aussenden des Signals
4 Radaranwendungen
5 Anwendungsbeispiel
5.1 Funktionsweise
5.2 Technische Beschreibung
5.3 Bewertung
6 Zusammenfassung und Ausblick
7 Literaturverzeichnis
1 Einleitung
Ra|dar [auch: radar; amerik. Kurzwort aus: r adio d etecting a nd r anging (re i dio u ditäkting e nd re i ndsching) ] der od. das; -s: Verfahren zur Ortung von Gegenständen im Raum mit Hilfe gebündelter elektromagnetischer Wellen, die von einem Sender ausgehen, reflektiert werden u. über einen Empfänger auf einem Anzeigegerät sichtbar gemacht werden.
© Dudenverlag
In vielen Bereichen unseres täglichen Lebens hat moderne Technik Einzug gehalten. Oft nutzen wir diese Technik ohne deren Hintergründe oder Funktion zu kennen. Die vorliegende Arbeit be- leuchtet die Radartechnik und bietet dem Leser interessante Einblicke in unterschiedliche Anwendungsgebiete. Ziel dieser Ausarbeitung ist die verständliche Darstellung eines Teils der uns umgebenden Welt, der Radartechnik. Dem Leser wird dadurch die kritische Bewertung dieser Tech- nologie ermöglicht.
Ursprünglich als Akronym für R adio A ircraft D etection A nd R anging steht RADAR heute für R adio A im D etecting A nd R anging bzw. nur noch für Ra dio D etection a nd R anging, was zu der obigen Definition aus dem Fremdwörter Duden führt. Wie der Name schon sagt bestehen seine Auf- gaben im Orten von Zielen und der Entfernungsmessung zum Empfänger durch Radiowellen.
Verkehrsleittechnik und ein Teil der Verkehrsüberwachung, die uns allen bekannten Geschwin- digkeitsmessungen der Polizei, werden mit Radargeräten realisiert. In größeren Höhen wird heutzu- tage der gesamte Luftverkehr von Radaranlagen überwacht. Selbst im Weltraum werden Vorgänge auf der Erde mit Hilfe militärischer Aufklärungssatelliten überwacht. Und auch in der Astronomie hat die Radartechnik Einzug gefunden. Somit wird klar, dass die Radartechnik als Mess- und Über- wachungsinstrument in viele Bereiche unseres Lebens eingedrungen ist.
Aufgrund der Komplexität des Themas und dem breiten Spektrum an Anwendungen stellt diese Arbeit lediglich die wichtigsten Sachverhalte dar. Nur einige ausgewählte Bereiche werden näher beleuchtet.
2 Kapitelübersicht
Kapitel 2 stellt die historische Entwicklung der Radartechnik dar. Anschließend erläutert Kapi- tel 3 die physikalisch-mathematischen und technischen Grundlagen aller Radargeräte. Die Betrach- tung aktueller Anwendungen der Radartechnik in Kapitel 4 führt zu einer detaillierten Darstellung einer Anwendung in Form eines konkreten Fallbeispiels in Kapitel 5. Aufgrund der vielen
Kapitelübersicht
Anwendungsbereiche stellt diese Arbeit nur eine Auswahl der wichtigsten Anwendungen vor. Mit einer Zusammenfassung und einem kritischen Ausblick im sechsten Kapitel schließt diese Arbeit ab.
3 Historie der Radartechnik
Bereits 1864 wurden elektromagnetische Wellen von Clerk Maxwell erforscht. Es dauerte je- doch 40 Jahre, bevor die elektromagnetischen Wellen zur Entfernungsbestimmung von Objekten genutzt werden konnten. Vor dem 2. Weltkrieg arbeiteten deutsche, amerikanische, britische und auch russische Wissenschaftler etwa zur selben Zeit an der Radartechnik. Während des Krieges wurde sie mit viel Kapital weiterentwickelt und auch eingesetzt. Tabelle 1 zeigt die wichtigen Er- eignisse im Überblick.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Tabelle 1: Radarhistorie
Historie der Radartechnik
Während des 2. Weltkrieges wurde im Südosten Englands ein groß angelegtes Frühwarnsystem gegen deutsche Luftangriffe errichtet. In Deutschland wurden vor allem in der deutschen Bucht und im besetzten Belgien Radaranlagen aufgestellt, um die großen alliierten Bomberverbände (bis zu 1000 Bomber) frühzeitig erkennen und abfangen zu können. Aufgrund des starken militärischen In- teresses konnte die Radartechnik im Zweiten Weltkrieg große Fortschritte verzeichnen. Nicht zu- letzt durch die im Krieg verfügbaren enormen finanziellen Mittel konnten Forschungen und Entwicklungen mit großem Materialaufwand betrieben werden.
Nach Ende des 2. Weltkrieges wurden vor allem während des Kalten Krieges Radaranlagen wei- terentwickelt, besonders die Computertechnik ist zu erwähnen. Durch sie war man in der Lage Radaranlagen besser zu konstruieren, und leichter sowie effizienter zu betreiben.
4 Physikalische und technische Grundlagen
Es gibt grundsätzlich zwei Prinzipien, die in Radaranlagen genutzt werden. Einerseits die Ab- standsmessung eines Objektes zum Radarsender und andererseits dessen Geschwindigkeitsmessung. Im Folgenden geht es um die mathematisch-physikalische Herleitung dieser Prinzipien. Darüberhin- aus werden die Grundlagen der Bauteile einer Radaranlage anhand des Signalweges erläutert.
4.1 Entfernungsmessung
Für die Abstandsmessung eines Objektes wird eine elektromagnetische Welle ausgesandt. Der Empfänger registriert das Echo. Durch die Zeit, welche die Welle vom Sender zum Ziel und wieder zurück zum Empfänger braucht, lässt sich die Entfernung berechnen. Die Laufzeit gibt die direkte Entfernung an, während die Position mit Hilfe der Ausrichtung der Radaranlage und dem Abstrahl- winkel bestimmt wird.
Es wird von einem Kugelstrahler ausgegangen, der Radarwellen aussendet, welche sich kugel- förmig und gleichmäßig in alle Richtungen ausbreiten. Die Entfernung R zu einem Objekt lässt sich mit der folgenden Formel aus der Ausbreitungsgeschwindigkeit c und der Signallaufzeit t berech- nen.
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Gleichzeitig mit der Entfernung kann aus dem Winkel, mit dem die Radaranlage die Wellen aussendet, skizziert in Abbildung 4.1, die Zielhöhe (Höhe über Senderebene, 0°) errechnet werden.
Über ein rechtwinkliges Dreieck und die entsprechenden trigonometrischen Funktionen erhalten wir die Höhe H des Objektes über der Erdoberfläche. Eine exakte Höhenberechnung kann bei großen Entfernung zu den Objekten nur durch Berücksichtigung der Erdkrümmung erreicht werden.
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Abbildung 4.1: Höhenberechnung
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Für die maximale Reichweite Rmax eines Radargerätes sind ebenfalls die Erdkrümmung sowie die Sendeleistung der Anlage die begrenzenden Faktoren, wobei in der Praxis die zur Verfügung stehenden und umsetzbaren Energien und damit die Sendeleistung den einzig begrenzenden Wert darstellt. Zunächst ist die Leistungsdichte PDichte eines Radarstrahlers von Interesse. Sie ergibt sich aus der Gesamtsendeleistung der Anlage PGesamt, die sich auf eine Kugelfläche A mit dem Radius rKugel (=Entfernung zum Ziel) verteilt. Das Zielobjekt befindet sich auf der gedachten Kugeloberflä- che.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Die Leistungsdichte sinkt quadratisch mit der Zielentfernung. Da in der Praxis Radarantennen nicht kugelförmig, sondern gerichtet abstrahlen, muss man die Formel noch um den sogenannten Antennengewinn G ergänzen, was die Verstärkung des Sendesignals durch den Parabolspiegel aus- drückt.
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Der Rückweg der Radarwelle vom Objekt zur Radarantenne wird mit der gleichen Formel be- rücksichtigt. Daraus ergibt sich die Sendeleistungsdichte PS, welche beim Empfänger wieder an- kommt. Durch Einsetzen in die obige Gleichung für PDichte ergibt sich die tatsächlich empfangene Leistung PEmpfang.
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Die Reichweite Rmax eines Radarsystems ergibt sich durch Auflösen der Formel für PEmpfang nach
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Häufig gestellte Fragen zu Radartechnik
Was ist Radar?
Ra|dar ist ein Verfahren zur Ortung von Gegenständen im Raum mit Hilfe gebündelter elektromagnetischer Wellen, die von einem Sender ausgehen, reflektiert werden u. über einen Empfänger auf einem Anzeigegerät sichtbar gemacht werden.
Was sind die Hauptanwendungen der Radartechnik laut dieser Vorschau?
Die Radartechnik wird in der Verkehrsleittechnik, Verkehrsüberwachung (Geschwindigkeitsmessungen), Luftverkehrsüberwachung, militärischen Aufklärungssatelliten und in der Astronomie eingesetzt.
Was sind die grundlegenden Prinzipien der Radartechnik?
Die grundlegenden Prinzipien sind die Abstandsmessung eines Objektes zum Radarsender und die Geschwindigkeitsmessung des Objekts.
Wie funktioniert die Entfernungsmessung mit Radar?
Eine elektromagnetische Welle wird ausgesandt. Der Empfänger registriert das Echo. Durch die Zeit, welche die Welle vom Sender zum Ziel und wieder zurück zum Empfänger braucht, lässt sich die Entfernung berechnen.
Wie wird die maximale Reichweite eines Radargerätes bestimmt?
Die maximale Reichweite Rmax wird durch die Sendeleistung, atmosphärische und technische Verlustleistungen, die Erdkrümmung und die Rückstreufläche des Zielobjektes beeinflusst. Die zur Verfügung stehenden und umsetzbaren Energien und damit die Sendeleistung stellt oft den begrenzenden Wert dar.
Welche Faktoren beeinflussen die Rückstreufläche eines Zielobjektes?
Die Rückstreufläche wird durch die Zielgröße, Materialeigenschaften, die elektrischen Eigenschaften der Oberfläche des Ziels und die Wellenlänge beeinflusst.
Welche Kapitel sind in der vorliegenden Arbeit enthalten?
Die Arbeit umfasst eine Einleitung, eine Historie der Radartechnik, physikalische und technische Grundlagen, Radaranwendungen, ein Anwendungsbeispiel, eine Zusammenfassung mit Ausblick und ein Literaturverzeichnis.
Welche Rolle spielte Radar im Zweiten Weltkrieg?
Radar wurde während des Zweiten Weltkriegs intensiv weiterentwickelt und eingesetzt, insbesondere als Frühwarnsystem gegen Luftangriffe. Die enormen finanziellen Mittel trugen wesentlich zu Fortschritten in der Forschung und Entwicklung bei.
Was ist der Antennengewinn und wie beeinflusst er die Radarleistung?
Der Antennengewinn (G) ist die Verstärkung des Sendesignals durch die Antenne (oft ein Parabolspiegel). Er erhöht die Leistungsdichte des Signals und damit die Reichweite des Radars.
Was ist der Faktor Cverlust und welche Rolle spielt er bei der Berechnung der Reichweite?
Der Faktor Cverlust fasst atmosphärische und technische Verlustleistungen zusammen, welche die Reichweite eines Radarsystems beeinflussen. Er wird in der Formel zur Berechnung der maximalen Reichweite (Rmax) berücksichtigt.
- Quote paper
- Christian Petri (Author), 2002, RADAR - Grundlagen und Anwendung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/108364
