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Tipps und Warnungen für den Eigenbau eines Radargerätes

In Foren und Blogs wird manchmal die Frage gestellt, was denn beim Eigenbau eines Radargerätes zu beachten sei. Oft werden dann abenteuerliche Konstruktionen erwähnt mit Satellitenschüssel und einem Magnetron aus einer Mikrowelle, die aber nicht die geringste Chance auf eine Funktionalität haben.

Ein eigenes und sogar legal zu betreibenes Radar selbst zu bauen, das ist jedoch einfacher, als man es glaubt.
Aber generell gilt: Hände weg von Magnetronen aus Mikrowellen! Überhaupt sollte man sich aus Sicherheitsgründen auf Halbleiterbaugruppen beschränken, schon weil diese mit ihrer moderaten Betriebsspannung ein sehr viel geringeres Gefährdungspotenzial haben.

Oft gestellte Fragen

Mit welcher Leistung muss der Sender senden können um etwa 2 bis 3 Kilometer Reichweite zu erzielen?

Für die Reichweite eines Radars gelten zwei Bedingungen: einmal eine Zeitbedingung die sicherstellen muss, das für die notwendige Laufzeit der elektromagnetischen Wellen auch genügend Empfangsszeit zur Verfügung steht; sowie eine energetische Bedingung, die aussagt, dass für die Verluste auf dem Hinweg, bei der Reflexion und auf dem Rückweg das Budget der Sendeleistung groß genug sein muss, um am Empfänger noch ein auswertbares Echosignal zu erhalten.

Wenn sie sich für ein Impulsradar entscheiden, dann muss die Impulsleistung gemäß der Radargrundgleichung für diese Entfernung grob geschätzt etwa 5 bis maximal 10 Watt betragen und die Impulsfolgefrequenz hat hier sinnvollerweise Werte von 1 bis maximal 10 kHz, was bei Weitem für eindeutige Messungen in diesem Bereich ausreicht.

Wenn sie sich für ein FMCW-Radar entscheiden, dann reicht als Sendeleistung 10 bis 30 mW völlig aus. Statt der Impulsfolgefrequenz hat hier die Burstdauer (das ist die Dauer eines Messzyklus', also die Dauer des linearen Anstiegs der Frequenz) eine ähnliche Funktion. Da diese aber meist im Millisekundenbereich liegt, sind keine mehrdeutigen Reichweitemessungen zu erwarten.

Dass das FMCW-Radar hier mit weniger Leistung weiter kommt als das Impulsradar, das liegt daran, dass für die Reichweite eigentlich nicht die Impulsleistung, sondern der Energiegehalt der Sendeimpulse wirksam ist. Hier kann man also höchstens die Durchschnittsleistung des Impulsradars mit der Leistung des FMCW-Radars vergleichen.

Welche Frequenzen kann ich für ein Eigenbau-Radar benutzen?

Es gibt mehrere freigegebene Frequenzbänder speziell für Messtechnik (und das Radar ist Messtechnik). Bekannt ist vor allen Dingen die Frequenz 24,125 GHz im K-Band, für welches schon eine Vielzahl von Radarmodulen für Bastelzwecke angeboten werden. Diese Frequenzfreigaben durch die Bundesnetzagentur sind generell auch in der maximalen Sendeleistung begrenzt.

Offen sind solche Projekte wie das UWB-Radar, welches nur wenige extrem kurze Impulse aussendet, die in größerer Entfernung vom natürlichen Umgebungsrauschen kaum zu unterscheiden sind. Da die Bundesnetzagentur solche zusätzlichen Ausstrahlungen von Rauschimpulsen nicht einmal messen kann, kann sie auch nicht behaupten, dass sie irgendwo stören würden: Deshalb wurden UWB-Radare mit einer limitierten Impulsleistung generell per Verordnung freigegeben.

UWB-Radar ist jedoch für einen Bastler mit wenig Erfahrung im Hochfrequenzbereich nicht zu empfehlen. Mehr und schnelleren Erfolg hat man da mit den im Handel angebotenen FMCW-Radarmodulen. Sie enthalten bereits den Sender, den Empfänger und die Antennenstrahler und müssen nur noch mit niederfrequenten Baugruppen beschaltet werden. Doch Vorsicht! Viele von den sehr billigen Modulen sind nur als CW-Radar geeignet, sie lassen sich nicht modulieren. Damit können sie dann in der Regel auch keine Entfernung messen. Als Faustregel kann gesagt werden, dass wenn das Radarmodul nur drei Anschlusspins hat, dann ist es garantiert nicht als FMCW-Radar geeignet.

Kann ich für das Radarmodul auch eine alte Satellitenschüssel als Antenne verwenden?

Generell: ja. Da die Satellitenschüsseln für eine Frequenz von bis zu 13 GHz berechnet sind, sind sie im Bereich von 24 GHz theoretisch sehr viel effektiver als im Betrieb an einer Satellitenempfangsanlage. Es muss nur darauf geachtet werden, dass der Reflektor nicht verformt ist, sonst geht dieser Gewinn wieder verloren. Also mit einer Flex dem Spiegel ein radartypisches Design verpassen zu wollen, das funktioniert nicht.

Beim Ausrichten muss auch berücksichtigt werden, dass diese Schüsseln eigentlich aus einer Richtung von etwa 27°…30° von oben empfangen sollten. Für eine waagerechte Abstrahlung des Radars muss diese Schüssel also um diesen Winkel nach vorne geschwenkt werden.

Einen alten LNB mit einem Halsdurchmesser von 40 mm kann man einfach ausschlachten und ein einfaches Radarmodul mit nur zwei Patchantennen so in das Gehäuse hinter den Hornstrahler kleben, dass diese Patchantennen recht mittig in dem runden Hohlleiterabschnitt liegen. Das ist zwar nicht sehr effektiv, da zwei Patchantennen sich die Mitte teilen müssen und somit keine von beiden richtig in der Mitte liegt. Jedoch hat diese Konstruktion den Vorteil, dass das alte LNB-Gehäuse einen guten (originalen) Halt an genau der richtigen Stelle bietet und spritzwassergeschützt ist.

Problematisch kann jedoch die formal-rechtliche Seite dieser Konstruktion werden. Auch eine recht kleine Satellitenschüssel mit nur 60 cm Durchmesser hat einen Antennengewinn von bis zu 36 dB, also das 4000–fache. Alle Verluste zusammengezählt können unter Umständen nicht ausreichen, um die Forderung der Bundesnetzagentur nach einer maximal zulässigen EIRP (Effective Isotropic Radiated power, das ist Sendeleistung multipliziert mit dem Antennengewinn) sicher zu unterschreiten. Doch auch hier kann man sich behelfen: wenn ein solcher Fall auftreten sollte, dann kann in das LNB-Gehäuse direkt vor die Sendeantennengruppe ein kleines Stück Schaumpolystyrol geklemmt werden, dessen minimale Bedämpfung für diesen Zweck völlig ausreicht.

Wie sieht es mit der Strahlungsbelastung dieses Radars aus, sind gesundheitliche Schäden zu erwarten?

Die Sendeleistungen der im Handel erhältlichen Radarmodule liegen alle im Bereich weniger Milliwatt.[1] (Siehe technische Daten auf http://www.viasat.com/files/assets/web/datasheets/24GHz_RADAR_chip_103_web.pdf) Selbst wenn ein Antennenreflektor mit einem Gewinn von 36 dB genutzt wird, dann ist nur in der Hauptabstrahlrichtung eine effektive Leistung von etwa 1 bis maximal 4 Watt zu erwarten. (Der in Deutschland zulässige Grenzwert würde bei 50 Watt pro Quadratmeter liegen.) Diese Hochrechnung ist aber weit von der Realität entfernt, da in einer Entfernung von ein bis zwei Metern der Quadratmeter durch das Radar gar nicht ausgeleuchtet werden kann (das Antennendiagramm ist viel schmaler). Nach den zwei Metern Entfernung sind die Verluste durch die Divergenz (siehe: Freiraumdämpfung) wieder so groß, dass die Strahlungsbelastung sich mit dem Quadrat der Entfernung verringert. Im ungünstigsten Fall hat dann dieses Radar direkt in der Hauptstrahlrichtung in einer Entfernung von einem Meter (und sehr viel dichter kommt man da ja nicht ran) eine vergleichbare Strahlenbelastung wie bei einem Mobiltelefon direkt am Ohr. Neben diesem Radargerät (also nicht in der Hauptstrahlrichung) stehend kann dessen Strahlenbelastung vernachlässigt werden.

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