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Erzeugung eines Prüfechos

Bild 1: Beispiel für einen HF-Signalgenerator
(Mit freundlicher Genehmigung von Rohde & Schwarz)

Bild 1: Beispiel für einen HF-Signalgenerator
(Mit freundlicher Genehmigung von Rohde & Schwarz)

Erzeugung eines Prüfechos

Für viele Mess- und Prüfaufgaben an einem Radargerät wird ein künstlich erzeugtes Echosignal benötigt, welches eine genau definierbare Größe hat. Solche Aufgaben sind zum Beispiel:

Abhängig von der Modulation des Sendeimpulses gibt es zwei unterschiedliche Wege, ein solches Echosignal für die Überprüfung oder Messung zu erzeugen. Klassische Impulsradargeräte sind noch recht einfach: hier muss nur der Anlassimpuls auf die gewünschte Entfernung verzögert werden und ein Signalgenerator erzeugt damit das gewünschte hochfrequente Signal. (Solch ein Anlassimpuls steht in jedem Radargerät zur Synchronisation von Messgeräten stets zur Verfügung.)

Schwieriger wird es, wenn das Radar einen intrapulsmodulierten Sendeimpuls verwendet, dessen Waveform dem Signalgenerator unbekannt ist.

Manche Radargeräte vor allem in der Flugsicherung verwenden alternierend beide Verfahren: einen sehr kurzen intern nicht modulierten Impuls für geringe Entfernungen und meist einen linear frequenzmodulierten längeren Sendeimpuls für große Entfernungen. Wenn beide Arten des Echosignals im gleichen Empfangskanal verarbeitet werden, dann genügt es oft, nur die einfachere Variante zu verwenden.

Intrapulsmodulierte Signale

Bei intrapulsmodulierten Signalen werden an die Messgeräte höhere Anforderungen gestellt. In einem ersten Schritt muss das aktuelle Sendesignal empfangen und analysiert werden. Dazu wird das Sendesignal synchron demoduliert und die digitalisierten I&Q-Daten an das zweite Messgerät über ein Datenkabel übermittelt. Das zweite Messgerät ist ein sogenannter Vektor-Signalgenerator und moduliert seine Hochfrequenz exakt mit diesen I&Q-Daten. Damit entsteht eine 1:1 Kopie des Sendesignals, allerdings durch die Laufzeiten in den Messgeräten schon leicht verzögert. Diese Verzögerung kann um eine frei programmierbare Zeit zusätzlich verändert werden.

Bild 2: Messaufbau für Radarecho-Generator mit Richtkoppler

PC
Spektrum-
analysator
Vektor-
Signalgenerator
Radar
Radarantenne
Radarsender
Radar-
empfänger
Radarsignalprozessor
Richtkoppler
Dämpfungsglied
simuliertes Echosignal
Referenzfrequenz

Bild 2: Messaufbau für Radarecho-Generator mit Richtkoppler (interaktives Bild)

Dieser Messaufbau nach Bild 2 muss je nach der Verfügbarkeit von Messgeräteanschlüssen modifiziert werden.

Meist haben Radargeräte mit einer passiven Antenne in der Zuleitung zur Antenne einen Richtkoppler eingebaut. Dieser dient zum Beispiel der Messung der Sendeleistung, des Stehwellenverhältnisses und kann auch bei Umpolung des Abschlusswiderstandes als Einspeisung des Echosignals verwendet werden. Was aber nicht geht das ist: gleichzeitig an diesem Anschluss eine Probe für die Analyse des Sendesignals entnehmen zu wollen und das simulierte Echosignal einspeisen! Dazu müsste statt des Richtkopplers eine Messbuchse einfach parallel zur Antennenzuleitung eingebaut werden, die dann aber völlig fehlangepasst wäre und die Impedanz der Antennenzuleitung verschlechtert. Deshalb kann an diesem Anschluss nur ein Teil der Sendeleistung entnommen werden. Für die Einspeisung des Echosignals muss ein anderer Anschluss gefunden werden. Am einfachsten ist, direkt das Kabel am Empfängereingang lösen und das Messkabel mit dem Testsignal anklemmen.

Bei aktiven Phased-Array Antennen ist dieser Aufbau allerdings nicht möglich. Es gibt keine Messbuchsen am Radar, die für diesen Zweck verwendbar wären. In dem Messaufbau im Bild 2 kann jetzt alles weggelassen werden, was blau hinterlegt, zum Radar gehört. Statt dessen werden kleine, der Sendefrequenz angepasste Antennen an die Kabel angeschlossen. Jetzt empfängt der Spektrumanalysator das Sendesignal (meist aus den Nebenkeulen der Antenne). Der Signalgenerator sendet das Echosignal im Nahbereich der Radarantenne. Beide Messgeräte müssen also im Außenbereich in einer gewissen Entfernung zur Radarantenne aufgebaut werden. Die Fernbedienung über das LAN-Kabel ermöglicht die Bedienung aus dem Radarshelter.

Repeater-Jammer

Dieser Messaufbau außerhalb des Radars funktioniert bei jedem Radargerät. Es ist aber auch prinzipiell die Schaltung eines Störsenders, der ein kräftiges Falschziel auf den Bildschirmen erzeugen kann. In einer laufenden Anlage ist vor Durchführung von Tests über Antenne eine Abstimmung mit dem Betreiber des Radargerätes erforderlich.

Kohärenz?

Ist diese Messschaltung gemäß Bild 2 in der Lage, kohärente Echosignale zu simulieren?
Diese Frage ist nicht so einfach mit ja oder nein zu beantworten. Es kommt darauf an…

Als erstes kommt es darauf an, ob die Erzeugung des simulierten Echosignals in dem Messaufbau schnell genug geschieht. Da die Phasenlage des Sendesignals ebenfalls ausgewertet und bei der Generierung des Echosignals berücksichtigt wird, ist das erzeugte Echosignal zu diesem einen Sendeimpuls kohärent. Wenn also das Echosignal noch in der gleichen Impulsperiode zur Verfügung steht, kann man mit Sicherheit von einer Kohärenz ausgehen.

Als zweites kommt es darauf an, ob der Radarsender voll kohärent ist, das heißt, ob die Sendeimpulse des Radars untereinander kohärent sind. Wenn nicht (was bei Sendern mit einem Magnetron stets der Fall ist), dann kann diese Schaltung nur innerhalb einer Impulsperiode kohärent sein. Für diesen Fall spricht man dann von einer Kohärenz auf dem Empfangsweg. Da dies dann auch für den nächstfolgenden Sendeimpuls gilt, kann mit Hilfe dieses Messaufbaus ein Echosignal mit den Eigenschaften eines Festzieles generiert werden. Da dem simulierten Echosignal noch eine zusätzliche Phasenänderung aufmoduliert werden kann, sind auch mit einer Doppler-Frequenz behaftete Ziele simulierbar.

Wenn der Radarsender aber voll kohärent ist, dann sind dessen einzelne Sendeimpulse untereinander kohärent. In diesem Fall ist die Kohärenz dieses Messaufbaus unabhängig davon, ob das simulierte Echosignal noch in der gleichen Impulsperiode bereitsteht, oder nicht. Damit wäre das Echosignal auch dann kohärent, wenn es erst mehrere Impulsperioden später bereitstehen würde.

Quellen und zusätzliche Information: