www.radartutorial.eu Grundlagen der Radartechnik

Leistungsdichte eines Radargerätes am Erdboden

In der Vergangenheit wurden viele Beispiele bekannt von gesundheitsgefährdenden Wirkungen elektromagnetischer Strahlungen, die durch Radargeräte verursacht wurden. Schnell wurde durch eine Boulevardzeitung dafür ein Schlagwort gefunden: Radarstrahlung, ein Begriff, der sich zwar gut einprägte, aber logisch und technisch falsch ist. Alle diese traurigen Beispiele über krebserregende Strahlungen betrafen nämlich nicht das Radargerät selbst, sondern einige Bauteile (speziell Röhren, die mit extrem hoher Spannung betrieben wurden) die genauso auch in anderen Geräten Verwendung fanden: zum Beispiel Fernsehgeräten und anfangs auch Computermonitoren. Der Unterschied (aus dieser Sicht) bestand jedoch darin, dass bei Fernsehgeräten eine Begrenzung der Nutzungsdauer von nur wenigen Jahren ausreichte, um neuere, als „strahlungsarm“ deklarierte Geräte zu verkaufen. Im Gegensatz dazu mussten Radargeräte über einen sehr viel längeren Zeitraum betrieben werden: oft bis zu 30…40 Jahre.

Röntgenstörstrahlung

Die schädliche Strahlung ist eine Röntgenstrahlung, die in der Vergangenheit aus Unkenntnis oder möglicherweise Fahrlässigkeit auf das Radarpersonal wirkte, das sich oft direkt neben diesen Strahlungsquellen aufhalten musste. Diese Strahlung in den Radargeräten wird als Röntgenstörstrahlung bezeichnet. Ein wirksamer Schutz vor dieser Strahlung wäre dagegen ganz einfach: ein ausreichend dickes (etwa 2 mm) Eisenblech rings um diese Röhre herum. Bei Bildröhren in Fernsehgeräten wurde der Schutz durch ein dickereres Spezialglas in Richtung des Zuschauers erreicht. Auch hier wurde ein Schutz vor allem deswegen erreicht, weil sich der Zuschauer nicht direkt vor dem Bildschirm aufhielt, sondern erst in einer Entfernung von mehreren Metern. Bei Computerbildschirmen führte der geringere Abstand zwischen Benutzer und Bildröhre zu höheren Belastungen. Sie wurden reduziert, da der Computerbildschirm nicht so groß wie ein Fernsehbildschirm war und deswegen die notwendige Anodenspannung der Bildröhre auch geringer sein konnte.

Alle anerkannten Schädigungen an Bedienungspersonal von Radargeräten beruht auf diese Röntgenstörstrahlung. Mittlerweile sind alle Radargeräte, die eine solche Röntgenstörstrahlung erzeugten, entweder komplett außer Betrieb genommen oder wurden auf strahlungsarme Baugruppen umgerüstet.

Hochfrequente Strahlung

Oft wird jedoch dieser Begriff Radarstrahlung fälschlich auf die hochfrequente Emission ausgedehnt. Diese Strahlungsbelastung durch die vom Sender und von der Radarantenne abgestrahlte Leistung ist jedoch nicht als schädigend anerkannt. Aber genau diese Art der Strahlungsbelastung führt meist zu Befürchtungen bei Anwohnern in der Nähe von Radargeräten. Leider werden diese Befürchtungen zusätzlich dadurch geschürt, dass völlig falsche Berechnungen und oft nur spekulative Annahmen zu völlig überzogenen Werten einer Strahlungsbelastung führen.

Wellenlänge
Frequenz
Leistungsdichte (W/m²)
OTH-Radargeräte
Navigationsradar
diverse zivile und
militärische Radargeräte

Bild 1: Grenzwerte für HF-Leistungsdichten gemäß Richtlinie 2004/40/EG

Wellenlänge
Frequenz
Leistungsdichte (W/m²)
OTH-Radargeräte
Luftverteidigungsradar
Flugsicherungsradar
Wetterradar
Navigationsradar
diverse zivile und
militärische Radargeräte

Bild 1: Grenzwerte für HF-Leistungsdichten gemäß Richtlinie 2004/40/EG

Wellenlänge
Frequenz
Leistungsdichte (W/m²)
OTH-Radargeräte
Navigationsradar
diverse zivile und
militärische Radargeräte

Bild 1: Grenzwerte für HF-Leistungsdichten gemäß Richtlinie 2004/40/EG

Generell kann eine Leistungsdichte nur als Effektivwert (nicht als Impulsleistung!) gemessen werden und deswegen beziehen sich die auf der Grundlage der Richtlinie 2004/40/EG festgelegten Grenzwerte, die durch deutsches Recht übernommen wurden, auf diesen Effektivwert. Einschränkend muss gesagt werden, dass diese Grenzwerte nur für relativ kurzzeitige Belastung ausgewiesen sind, d.h. sie betreffen nicht eine langjährige Dauerbelastung. Für solche Bewertung existieren leider keine medizinischen Untersuchungen, einfach weil es unmöglich ist, eine notwendig große Zahl von Vergleichspersonen zu finden, auf die in deren bisherigen Leben keinerlei Belastung durch Hochfrequenzquellen eingewirkt hat (die aber trotzdem allen anderen Einflüssen der Zivilisation unterliegen).

Messung einer Belastung

Eine Messung des elektromagnetischen Wechselfeldes ist mit speziellen Leistungsmessgeräten möglich. Sie wird entweder in Watt pro Quadratmeter (W/m²) oder in Milliwatt pro Quadratzentimeter (10 W/m² = 1 mW/cm²) angegeben. Messwerte in µW/m² (Mikrowatt je Quadratmeter) dienen nur dazu, einen möglichst spektakulären Zahlenwert nennen zu können, der sich nach Kürzung mit dem Präfix (µ = ein Millionstel) meist auf einstellige Werte reduziert. Über eine genau kalibrierte Empfangsantenne, die ein möglichst breites Spektrum des zu messenden Frequenzbereiches empfangen kann, wird die Strahlung an das Messgerät geführt. Die Verluste dieser Leitung und der Gewinn der Empfangsantenne müssen in das Endergebnis einfließen.

Die Hochfrequenz wird an ein spezielles Bauteil (Thermistor) geführt. Die Energie dieser Strahlung erwärmt dieses Bauteil und nach einer gewissen Zeit verändert dieses Bauteil seinen Widerstand, der mit Hilfe einer Messbrücke gemessen werden kann. Diese Widerstandsänderung ist das Maß der Strahlungsbelastung. Dadurch, dass die Erwärmung des Bauteiles Zeit benötigt, kann nur ein Effektivwert gemessen werden, also eine äquivalente Dauerstrichleistung, keine Impulsleistung.

Speziell die Messungen von hochfrequenten Feldern von Radargeräten sind nur im direkten Umfeld (bis zu 100 Meter Entfernung) der Radargeräte möglich, da die zu erwartenden Leistungen bei größerer Entfernung so gering werden, dass sie durch das Messgerät nicht mehr registriert werden können.

Berechnung einer Belastung

Das ist ein Lieblingsthema gewisser Verschwörungstheoretiker, die dann mit solchen Begriffen wie Impulsleistung (statt effektiver Dauerstrichleistung) und mit dem vollen Gewinn einer Radarantenne (die dann eigentlich in eine ganz andere Richtung strahlt) hantieren um wenigstens theoretisch auf eine nennenswerte Zahl für eine (wie sie es nennen:) Strahlungsbelastung zu kommen.

Für eine Strahlungsbelastung ist die Leistungsdichte der hochfrequenten Strahlung entscheidend. Folgende Größen haben für jedes Radargerät unterschiedlich eine Bedeutung auf die Leistungsdichte an einem bestimmten Messort:

Bild 2: Leistungsdichte auf einer Kugeloberfläche

Grafik: zwei Segmente auf der Oberfläche von zwei konzentrischen Kugeln unterschiedlicher Größe zeigen, dass sich die Fläche pro Leistung mit zunehmender Entfernung vom Mittelpunkt vergrößert. Somit nimmt die Strahlungsdichte pro Flächeneinheit mit zunehmender Entfernung ab.

Bild 2: Leistungsdichte auf einer Kugeloberfläche

Bild 2: Leistungsdichte auf einer Kugeloberfläche

Diese Einflüsse für einen Messpunkt im Bereich einer Nebenkeule können zusammengefasst werden in folgender Gleichung:

Leistungsdichte = Durchschnittsleistung  ·  Antennengewinn  ·  Beleuchtungszeit
Strahlungsdivergenz Nebenkeulendämpfung Antennenumlaufzeit

 

SA = PAve · G · TD mit: SA = Leistungsdichte
PAve = Dauerstrichleistung (Average Power)
R = Entfernung Radar - Messort (Range) [m]
G = Antennengewinn (Gain)
ASL = Nebenkeulendämpfung (Side Lobe Attenuation)
TD = Beleuchtungszeit (Dwell Time) [s]
tu = Antennenumlaufzeit [s]
(2)

4 · π · R2 · ASL · tu
 

Alle diese Einflüsse zusammengenommen ergeben für eine Ortschaft, die sich in einer Entfernung von 2000 Metern vom Radar befindet und zum Radar hin einen Höhenwinkel von kleiner als 0,5° hat, eine mögliche Leistungsdichte im Mikro- bis hinab in den Nanowattbereich pro Quadratzentimeter. Derart geringe Leistungsdichten sind kaum messbar und überschreiten deswegen mit Sicherheit nicht die gegebenen Grenzwerte. Im Vergleich dazu erzeugt jeder Staubsauger im gleichen Frequenzbereich mit seinen Funken an den verschmutzten Kontakten des Kollektors des Motors eine höhere HF-Leistungsdichte für den Benutzer dieses Staubsaugers als das weit entfernte Radar!

Die oben genannte fiktive Leistungsangabe „Equivalent Isotropic Radiated Power (EIRP)“ hat in dieser Gleichung keinen Eingang gefunden: somit ist eine Angabe von EIRP für eine reale Leistungsdichte und in der Folge auf eine Strahlungsbelastung unwesentlich. Sie ist aber in dem Term PAve · G versteckt. Wenn statt der Dauerstrichleistung des Senders tatsächlich nur eine EIRP der Durchschnittsleistung einer Radaranlage gegeben ist, dann muss aus der obigen Gleichung der Antennengewinn entfernt werden, weil er schon in der EIRP enthalten ist. Ist mit dieser EIRP eine Impulsleistung gegeben, dann muss das Tastverhältnis des Senders berücksichtigt werden.

Strahlungsbelastung

Eine Strahlungsbelastung wird oft fälschlicherweise mit dieser Leistungsdichte gleichgesetzt. Sie ist jedoch abhängig davon, wie viel Energie aus dieser Leistungsdichte von einem menschlichen Körper aufgenommen werden kann. Der menschliche Körper wirkt nun als Antenne mit einer gewissen Apertur oder effektiven Antennenfläche. Die aufgenommene Energie ist eine Funktion der Leistungsdichte und zusätzlich von der genutzten Wellenlänge, der Dauer der Einwirkung sowie eine Funktion der individuellen Körpermasse.

Da heutige Radargeräte mit einer sehr hohen Frequenz arbeiten (Wetterradargeräte meist mit etwa 5 Ghz, Waffenleitradar und maritimes Navigationsradar meist mit 10 GHz, automotives Radar sogar bei 75 GHz), kann diese hochfrequente Strahlung gar nicht tief in den Körper eindringen. Meist wird sie nach einigen Zentimetern, oft schon nach wenigen Millimetern Tiefe von der Haut absorbiert, also derart geschwächt, dass sie tiefer liegende innere Organe gar nicht erreichen kann.

Für weitergehende Fragen in konkreten Fällen wenden Sie sich bitte an das Team Strahlenschutz.