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Antennendiagramm

1,67°
-20 dB
Nebenkeulen-
dämpfung
Nebenkeulen
Hauptkeule

Bild 1: horizontales Antennendiagramm in einem kartesischen Koordinatensystem

1,67°
-20 dB
Nebenkeulen-
dämpfung
Nebenkeulen
Hauptkeule

Bild 1: horizontales Antennendiagramm in einem kartesischen Koordinatensystem

Antennendiagramme sind grafische Darstellungen von Elementen der Strahlungscharakteristik einer Antenne. Das können unter anderem die Phasenlage oder die Polarisationsrichtung sein. Das Antennendiagramm einer Radarantenne ist meist die grafische Darstellung ihrer Richtcharakteristik. Es stellt die relative Intensität der Energieabstrahlung beziehungsweise den Betrag der elektrischen oder magnetischen Feldstärke in Abhängigkeit von der Richtung zur Antenne dar. Antennendiagramme werden messtechnisch aufgenommen oder durch Simulationsprogramme am Computer generiert, um zum Beispiel die Richtwirkung einer Radarantenne grafisch darzustellen und so deren Leistungsfähigkeit einzuschätzen.

Im Gegensatz zu einer Rundstrahlantenne, die gleichmäßig in alle Richtungen einer Ebene strahlt, bevorzugt eine Richtantenne eine Richtung und erzielt daher in dieser einen Richtung bei geringerer Sendeleistung eine größere Reichweite. Das Antennendiagramm stellt die messtechnisch ermittelte Bevorzugung grafisch dar. Aufgrund der Reziprozität, die gleiche Sende- und Empfangseigenschaften der Antenne gewährleistet, zeigt das Diagramm sowohl die richtungsabhängige Sendeleistung als Feldstärke, als auch die Empfangsempfindlichkeit einer Antenne an.

Rückkeulen
Nebenkeulen
Hauptkeule

Bild 2: horizontales Antennendiagramm in einem Polarkoordinatensystem

Rückkeulen
Nebenkeulen
Hauptkeule

Bild 2: horizontales Antennendiagramm in einem Polarkoordinatensystem

Horizontale Antennendiagramme

Horizontale Antennendiagramme können sowohl in einem kartesischen Koordinatensystem als auch mit Polarkoordinaten dargestellt werden. In dem kartesischen Koordinatensystem lassen sich die Daten einer Antenne besser darstellen. Da diese Daten aber auch als Tabelle ausgedruckt werden können, wird meist die anschaulichere Darstellung als Ortskurve in einem Polarkoordinatensystem bevorzugt, da dieses im Gegensatz zum kartesischen Koordinatensystem die Richtung unmittelbar angibt. Dieses Diagramm ist eine Draufsicht auf das elektromagnetische Feld einer Antenne, dargestellt als zweidimensionale Ebene mit der Antenne im Mittelpunkt.

Vertikale Antennendiagramme

Ein vertikales Antennendiagramm ist eine Seitenansicht des elektromagnetischen Feldes der Antenne. Die Bemaßung des Antennendiagramms ist also die Entfernung zur Antenne in der x-Achse und Höhe über dem Standort der Antenne in der y-Achse. Eine Messmethode für das vertikale Antennendiagramm von Radarantennen ist das Sun-Strobe-Recording. Hierfür kann ein Messtool für Radargeräte, der von Intersoft Electronics hergestellte Gerätesatz RASS-S verwendet werden. Mit diesem Tool können (unter anderem) die Antennendiagramme einer Radarantenne ermittelt und in einer 2D- und sogar in einer 3D-Grafik dargestellt werden.

Bild 3: Vertikales Antennendiagramm mit Cosecans²- charakteristik

Bild 3: Vertikales Antennendiagramm mit Cosecans²- charakteristik

In dem Diagramm ist an der vertikalen Achse (y-Achse) die Höhe in feet (englisch: Fuß) angetragen, in der horizontalen Achse (x-Achse) die Entfernung in Nautischen Meilen (Nm). Diese Maßeinheiten werden aus historischen Gründen bei einem Flugsicherungsradar verwendet. Die Maßeinheiten spielen aber im Diagramm nur eine untergeordnete Rolle, da es sich trotz der absoluten Zahlenangaben um gemessene relative Pegel handelt, die hier nur der Anschaulichkeit wegen den absoluten Werten zugeordnet wurden. Das heißt, dass zu dem jeweils empfangenen Signal aus der gemessenen Richtung gemäß der Radargrundgleichung eine theoretische Reichweite errechnet wird. Somit entsteht ein Diagramm, welches nur von der Form her aussagekräftig ist. Die Entfernungsangeben dazu sind nur theoretische Werte. Erst wenn zwei gemessene Diagramme eines Radargerätes (bei unverändert genutzten Eingabewerten) miteinander verglichen werden können, dann kann auch eine Aussage über eine verbesserte oder verschlechterte Reichweite getroffen werden.

Die strahlenförmigen Geraden aus dem Ursprung sind die Höhenwinkelmarken. Weil die vertikale Achse einen anderen Maßstab hat als die horizontale Achse sind die gezeichneten Abstände zwischen den Höhenwinkelmarken ungleich. Die an der vertikalen Achse angetragenen Höhen werden in das Diagramm nicht nur als Raster, sondern auch als gepunktete Linien hineinprojiziert, wobei diese die reale Höhe über Grund andeuten und somit keine Geraden, sondern gemäß der Erdkrümmung leicht nach unten abfallende Linien sind.

3D Antennendiagramme

Bild 4: Antennendiagramm eines Hornstrahlers in dreidimensionaler Darstellung

Antennendiagramm in dreidimensionaler Darstellung
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Bild 4: Antennendiagramm eines Hornstrahlers in dreidimensionaler Darstellung

Antennendiagramme in dreidimensionaler Darstellung sind durch Computer generierte Bilder. Meist werden sie durch Simulationsprogramme erzeugt, deren Werte einem real gemessenen Diagramm erstaunlich nahe kommen. Ein echtes gemessenes Diagramm zu erzeugen, bedeutet einen immensen Messaufwand, da jedes Pixel des Bildes einen eigenen Messwert repräsentiert.

Viele Antennenmessprogramme wählen deshalb für diese Darstellung einen Kompromiss. Als echte Messwerte liegen nur ein vertikaler und ein horizontaler Schnitt durch das Antennendiagramm vor. Alle anderen Bildpunkte werden errechnet, indem die gesamte Messkurve des vertikalen Diagramms mit je einem Einzelmesswert des horizontalen Diagramms multipliziert wird. Die notwendige Rechenleistung ist gewaltig. Mit Ausnahme einer gefälligen Darstellung in Präsentationen ist der Nutzen zweifelhaft, da aus dieser Darstellung keine neuen Erkenntnisse gegenüber den beiden Einzeldiagrammen (horizontales und vertikales Antennendiagramm) gewonnen werden können. Im Gegenteil: gerade in den Randzonen dürfte ein mit diesem Kompromiss erzeugtes Diagramm von der Realität erheblich abweichen.