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Frequenz- und Wellenbereiche

Das Spektrum der elektromagnetischen Wellen weist Frequenzen bis zu 1024 Hz auf. Dieser sehr große Gesamtbereich wird wegen unterschiedlicher physikalischer Eigenschaften in verschiedene Teilbereiche gegliedert.

Die Einteilung der Frequenzen in die verschiedenen Bereiche wurde vormals an Kriterien gemessen, die historisch entstanden und mittlerweile überholt sind und so entstand eine neue Einteilung der Frequenzbänder, die international verwendet wird. Teilweise wird aber in der Literatur noch die traditionelle Frequenzbandbezeichnung benutzt.

Eine Übersicht zeigt folgende Grafik:

Bild 1: Frequenz- und Wellenbereiche, die durch Radar genutzt werden.

Bild 1: Frequenz- und Wellenbereiche, die durch Radar genutzt werden.

Frequenz- und Wellenbereiche

Bild 1: Frequenz- und Wellenbereiche, die durch Radar genutzt werden.

Derzeit gibt es zwei gültige Bezeichnungssysteme für Frequenzbänder die im Bild 1 gegenübergestellt sind. Die IEEEInstitute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) favorisiert ein Bezeichnungssystem, das historisch entstanden ist und dessen gewollt unsystematische Verteilung der Buchstaben zur Bandbezeichnung teilweise aus der Zeit des 2. Weltkrieges stammt, deren Auswahl anfänglich der Geheimhaltung genutzter Frequenzen dienen sollte.

Bild 2: einige Radargeräte mit ihrem Frequenzband

Bild 2: einige Radargeräte mit ihrem Frequenzband

Bild 2: einige Radargeräte mit ihrem Frequenzband

Innerhalb der NATO wird eine neuere Frequenzbandtabelle genutzt, deren Bandbegrenzungen an die Technologien und Messmöglichkeiten in den verschiedenen Frequenzbereichen angepasst ist. Die Bandgrenzen sind annähernd logarithmisch verteilt und das System ist nach oben hin offen, es können also leicht weitere Bänder definiert werden. Dieses Bezeichnungssystem hat ebenfalls militärischen Ursprung und ist eine Bandeinteilung für den elektronischen Kampf, in welchem Radargeräte schließlich einen wesentlichen Platz einnehmen.

Da eine Zuordnung in die neuen Frequenzbänder nicht immer möglich ist, ohne dass die genaue Frequenz bekannt ist, habe ich dort, wo in den Firmenschriften die traditionellen Bänder genannt wurden, diese kommentarlos übernommen. Doch Vorsicht! In Deutschland sind bei den Firmen immer noch die alten deutschen Band-Bezeichnungen üblich. Radargeräte einer sogenannten „C-Band- Familie” arbeiten mit Sicherheit im neuen G-Band, dafür arbeiten Radargeräte, die das „L” im Namen führen (z.B. SMART-L) nicht mehr im L-Band, sondern im D-Band.

Die Frequenzen von Radargeräten reichen von etwa 30 Megahertz bis zu etwa 130 Gigahertz (130 000 000 000 Schwingungen pro Sekunde!). Für bestimmte Radaranwendungen werden aber auch bestimmte Frequenzen bevorzugt. Sehr weitreichende Radaranlagen arbeiten meist mit niedrigeren Frequenzen unterhalb bis einschließlich des D-Bandes. Flugsicherungsradargeräte arbeiten teils knapp unter 3 GHz (ASR) bzw. knapp unter 10 GHz (PAR).

A- und B- Band (HF- und VHF- Radar)

Diese Radarbänder unterhalb von 300 MHz haben historisch eine lange Tradition, da hier die ersten Radargeräte vor und während des 2. Weltkrieges entstanden. Der Frequenzbereich entsprach den damals beherrschten Hochfrequenz-Technologien. Heute werden sie für Frühwarn-Radargeräte extrem großer Reichweite, sogenannte Over The Horizont (OTH) Radars genutzt. Da die Genauigkeit der Winkelbestimmung abhängig vom Verhältnis der Wellenlänge zur Antennengröße ist, können diese Radargeräte keine hohen Anforderungen an die Genauigkeit erfüllen. Die Antennen dieser Radargeräte sind trotzdem extrem groß, können sogar mehrere Kilometer lang sein. Hier wirken besondere anormale Ausbreitungsbedingungen, welche die Reichweite des Radars nochmals auf Kosten der Genauigkeit erhöhen. Da diese Frequenzbänder durch Kommunikationsfunkdienste dicht belegt sind, ist die Bandbreite dieser Radargeräte relativ klein.

Heute haben diese Frequenzbänder eine besondere militärische Bedeutung, da die derzeitig angewendeten Stealth- Technologien (sogenannte „Tarnkappenbomber”) hier nur eine sehr geringe (manchmal sogar entgegengesetzte) Wirkung zeigen.

C- Band (UHF- Radar)

Für dieses Frequenzband (300 bis 1 GHz) wurden spezialisierte Radargeräte entwickelt, die als militärisches Frühwarnradar zum Beispiel für das sich derzeit in der Entwicklung befindliche Medium Extended Air Defense System (MEADS), oder in der Wetterbeobachtung als Windprofiler gebaut werden. Diese Frequenzen werden nur sehr gering durch Wettererscheinungen gedämpft und ermöglichen so eine große Reichweite. Neuere Verfahren, sogenannte Ultrawideband Radargeräte senden mit sehr geringer Impulsleistung sehr breitbandig vom A- bis zum C- Band und werden meist zur technischen Materialuntersuchung oder in der Archäologie als Ground Penetrating Radar (GPR) verwendet.

D- Band (L-Band Radar)

Dieser Bereich ist bestens geeignet für moderne weitreichende Luftraumaufklärungsradargeräte bis weit über 400 km (≈250 NM) Reichweite. Relativ geringe Störungen durch zivile Funkdienste ermöglichen eine breitbandige Abstrahlung mit sehr hoher Leistung. Hier wird oft eine Intrapulsmodulation des Sendeimpulses angewendet, um noch größere Reichweiten zu erzielen. Bedingt durch die Erdkrümmung ist die praktisch erzielbare Reichweite dieser Radargeräte allerdings bei geringen Flughöhen sehr viel geringer, da diese Ziele dann durch den Radarhorizont verdeckt werden.

In der Flugsicherung sind in diesem Frequenzband die En-Route Radargeräte oder Air Route Surveillance Radar (ARSR) angesiedelt. In Verbindung mit einem Monopulse Secondary Surveillance Radar (MSSR) arbeiten diese Radargeräte mit einer relativ großen, sich langsam drehenden Antenne (L-Band: wie large antenna und long range).

E/F-Band (S-Band Radar)

In dem Frequenzband von 2 bis 4 GHz ist die atmosphärische Dämpfung etwas höher als im D- Band. Radargeräte benötigen hier eine wesentlich höhere Sendeleistung, um große Reichweiten zu erzielen. Als Beispiel sei das militärische Medium Power Radar (MPR) mit bis zu 20 MW Impulsleistung genannt. In diesem Bereich beginnen schon erhebliche Beeinträchtigungen durch Wettererscheinungen. Deshalb sind hier bereits die ersten Niederschlagsradargeräte angesiedelt, die allerdings vorwiegend in subtropischen und tropischen Gebieten genutzt werden, da hier ein Kompromiss zwischen Reflektivität und Durchdringungsdämpfung gefunden werden muss.

Spezielle Aufklärungsradargeräte der Flugsicherung mit mittlerer Reichweite von etwa 100 km (50…60 NM) als Airport Surveillance Radar (ASR) unterstützen die Fluglotsen bei der Überwachung spezieller Zonen um einen Flugplatz. Das Wort S- Band wird hier oft als Gedächtnisstütze für smaller antenna und shorter range verwendet.

G- Band (C-Band Radar)

Für dieses Frequenzband werden mobile militärische Gefechtsfeldradargeräte mit kurzer und mittlerer Reichweite gebaut. Die Antennen sind bei hoher Präzision zur Waffenleitung klein genug, um schnell verlegt zu werden. Der Einfluss von Wettererscheinungen ist sehr groß, weshalb militärisch genutzte Radargeräte meist mit Antennen mit zirkularer Polarisation ausgestattet sind. In diesem Frequenzbereich werden auch die meisten Niederschlagsradargeräte für gemäßigte Klimazonen verwendet.

I/J- Band (X- bis Ku- Band Radar)

Zwischen 8 und 12 GHz hat das Verhältnis der Wellenlänge zur Antennengröße einen günstigeren Wert. Es können mit sehr kleinen Antennen ausreichende Winkelgenauigkeiten erzielt werden, was eine militärische Verwendung als luftgestütztes Radar (Airborne Radar) begünstigt. Andererseits sind die relativ zur Wellenlänge sehr großen Antennen von Raketenleitradaranlagen immer noch handlich genug, um als verlegbar zu gelten.

Dieses Frequenzband wird zivil und militärisch vorwiegend für maritime Navigationsradaranlagen genutzt. Kleine billige und sich schnell drehende Antennen bieten ausreichende Reichweiten bei sehr guter Präzision. Die Antennen können als einfache Schlitzstrahler oder Patchantennen aufgebaut sein.

In der Raumfahrt wird dieses Frequenzband auch für Synthetic Aperture Radar (SAR) zur militärischen Aufklärung und zur geografischen Vermessung der Erdoberfläche genutzt. Eine spezielle Anwendung des Inverse Synthetic Aperture Radar (ISAR) liegt in der Überwachung der Meere zur Vermeidung von Umweltverschmutzungen.

K- Band (K- und Ka- Band Radar)

Mit höher werdender Sendefrequenz steigt die Dämpfung in der Atmosphäre, aber die mögliche Genauigkeit und das Entfernungsauflösungsvermögen steigt. Große Reichweiten können nicht mehr erzielt werden. Radaranwendungen in diesem Frequenzbereich sind zum Beispiel das Flugfeldüberwachungsradar, auch als Surface Movement Radar (SMR) oder (als Teil vom) Airport Surface Detection Equipment (ASDE) bezeichnet. Mit extrem kurzen Sendeimpulsen von wenigen Nanosekunden wird eine ausgezeichnete Entfernungsauflösung erreicht, so dass die Konturen von Flugzeugen und Fahrzeugen auf dem Bildschirm schon erkennbar sind.

V-Band

Durch molekulare Streuung der Atmosphäre (hier durch das Wasser als Luftfeuchtigkeit) erleiden hier die elektromagnetischen Wellen eine sehr starke Dämpfung. Radaranwendungen sind hier auf eine Reichweite von wenigen zehn Metern beschränkt.

W-Band

Hier sind zwei Phänomene der atmosphärischen Dämpfung zu beobachten. Ein Maximum der Dämpfung bei etwa 75 GHz und ein relatives Minimum bei etwa 96 GHz. Beide Frequenzen werden praktisch genutzt. Bei etwa 75 bis 76 GHz sind Radargeräten geringer Reichweite im Automobilbau als Einparkhilfe, Bremsassistent und automatische Unfallvermeidung im Einsatz. Durch diese hohe Dämpfung durch die molekulare Streuung (hier durch das Sauerstoffmolekül O2) wird ein gegenseitiges Stören durch massenhaften Einsatz dieser Radargeräte unterbunden.

Radargeräte bei 96 bis 98 GHz existieren als technische Laborgeräte und lassen einen Einsatz von Radargeräten mit weitaus höherer Frequenz erahnen.


In Merill Skolniks “Radar Handbook” (3rd edition) verteidigt der Autor das ältere System der Frequenzbandbezeichnung gemäß IEEE-Standard 521-2002. Diese Bezeichnungen (gezeigt in der roten Skala in dem Bild 1) sind an Radargeräte aus der Zeit des 2. Weltkrieges und der Nachkriegszeit angepasst. Doch heute liegen die nutzbaren Frequenzen weit höher als 110 GHz - es gibt schon phasengenaue Generatoren bis 270 GHz und leistungsfähige Generatoren bis 350 GHz. Früher oder später werden diese Frequenzen auch für Radargeräte genutzt. Parallel dazu gibt es die UWB- Radargeräte, welche die Rahmen dieser klasischen Radarfrequenzbänder sprengen.

Diese verschiedenen Bezeichnungen für Frequenzbänder sind sehr verwirrend. Das ist für Radaringenieure und Techniker kein Problem - sie kommen mit den verschiedenen Frequenzen, Bändern und Wellenlängen zurecht. Aber sie sind nicht für Beschaffung und Logistik zuständig. Auf diesen Posten sitzen meist Personen mit einer soliden kaufmännischen Ausbildung. Und nun erkläre mal, dass ein I/J-Band Frequenzgenerator für Messungen an X- und Ku-Band Radargeräten geeignet ist und dass ein D-Band Störgenerator alle L-Band Radargeräte stört.

UWB- Radargeräte haben eine riesige Bandbreite. Sie verwenden Sendefrequenzen in mehreren Frequenzbändern gleichzeitig. Was klingt nun eindeutiger: Ein gegebenes UWB-Radar nutze die Frequenzbänder E bis H oder es nutzt den Bereich vom oberen S-Band bis zum unteren X-Band?

Jedoch solange die Radarhersteller die Buchstaben der alten Frequenzbandbezeichnungen in den Namen ihrer Radargeräte verwenden, wird die IEEE nach wie vor feststellen, dass die neuen Bezeichnungen „…nicht mit der Praxis der Radargeräte vereinbar sind und deswegen nicht verwendet werden sollten.” Ich denke, die stürmische Entwicklung der Radargeräte wird irgendwann auch die IEEE veranlassen, ihre Meinung an die neue Situation anzupassen. Schließlich ist es noch nicht lange her, als innerhalb der IEEE sogar das metrische System von Maßeinheiten als ungeeignet angesehen und das englische Maßeinheitensystem (Zoll, Fuß, Meile) bevorzugt wurde.