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Messung der Empfängerempfindlichkeit

durchschnittlicher
Rauschpegel
MDS
3 dB

Bild 1: Oszillogramm für Empfindlichkeitsmessung (MDS)

durchschnittlicher
Rauschpegel
3 dB

Bild 1: Oszillogramm für Empfindlichkeitsmessung (MDS)

Messung der Empfängerempfindlichkeit

Die Messung der Empfängerempfindlichkeit ermittelt die kleinstmögliche Leistung am Eingang eines Empfängers, mit der das Radar noch ein Ziel entdecken kann (MDS, Minimum Detectable Signal, oder Minimum Discernible Signal). Diese Messung ermöglicht eine wichtige Aussage zu der Einsatzbereitschaft eines Radars.

Messung an analog arbeitenden Empfängern

Voraussetzung für eine solche Messung ist ein geeichter HF-Signalgenerator, welcher gegebenenfalls auch in der Lage ist, spezielle Modulationsarten bereitzustellen. Als weiteres Hilfsmittel wird ein Oszilloskop benötigt.

Mit Hilfe eines geeigneten Hochfrequenzgenerators erzeugt man im Rhythmus der Impulsfolgefrequenz HF-Impulse, die eine Leistung von 1 mW (= 0 dBm) haben. Diese Impulse werden über ein variables Dämpfungsglied in den Empfangsweg eingespeist. Das Empfängervideo wird auf ein Oszilloskop gegeben. Mit Hilfe des variablen Dämpfungsgliedes werden nun die HF-Signale so weit bedämpft, bis die Amplitude des Empfangssignals auf dem Oszilloskop um 3 dB (!) über dem durchschnittlichen Rauschpegel liegt. Doch Vorsicht! Die 3 dB beziehen sich auf einen Leistungspegel. Das Oszilloskop zeigt jedoch keine Leistung, sondern eine Spannung an! Man könnte jetzt meinen, dass eine Verdopplung der Leistung (3dB) eine Vervierfachung der Amplitude (6dB) erfordern würde. Im Prinzip: Ja, aber es werden ja hier nur relative Amplituden im Vergleich zueinander gemessen. Der Pegel des Rauschsignals wird ja ebenfalls nur durch seine Amplitude auf dem Oszilloskop bewertet. Eine Verdopplung von 0,707 ist trotzdem 2 × 0,707. Es wird also das variable Dämpfungsglied so eingestellt, bis ein Signal/Rauschverhältnis der Amplituden von etwa 2 zu 1 vorliegt. Zu dem am variablen Dämpfungsglied ablesbaren Wert werden die Dämpfungen des Messaufbaus (Kabel, Steckverbindungen, Richtkoppler) addiert. Das Ergebnis gibt den MDS-Wert für den gemessenen Empfänger an.

zur Antenne
variables
Dämpfungsglied
0 … −120 dB
Richt-
koppler
−31,5dB
Duplexer
Empfänger
Sender
Syncron-
impulse
−0,5 dB
−5 dB kalibriertes Kabel
−0,5 dB Verluste Steckverbindung

Bild 2: Messaufbau für das MDS, Dämpfungen im Richtkoppler, der Steckverbindungen und des Kabels müssen berücksichtigt werden.

zur Antenne
variables
Dämpfungsglied
0 … −120 dB
Richt-
koppler
−31,5dB
Duplexer
Empfänger
Sender
Syncron-
impulse
−0,5 dB
−5 dB kalibriertes Kabel
−0,5 dB Verluste Steckverbindung

Bild 2: Messaufbau für das MDS, Dämpfungen im Richtkoppler, der Steckverbindungen und des Kabels müssen berücksichtigt werden.

zur Antenne
variables
Dämpfungsglied
0 … −120 dB
Richt-
koppler
−31,5dB
Duplexer
Empfänger
Sender
Syncron-
impulse
−0,5 dB
−5 dB kalibriertes Kabel
−0,5 dB Verluste Steckverbindung

Bild 2: Messaufbau für das MDS, Dämpfungen im Richtkoppler, der Steckverbindungen und des Kabels müssen berücksichtigt werden. (interaktives Bild)

Bei diesem Messaufbaubeispiel muss zu dem abgelesenen Wert (z.B. −100 dB) noch die durch das Kalibrierlabor gemessene Dämpfung des Kabels und der beiden Stecker addiert werden. Am Empfängereingang kommen hier in diesem Beispiel also nur −106 dBm an!

Da das Rauschsignal, das bei der MDS-Messung auf dem Oszilloscope zu sehen ist, keine konstante Amplitude hat, wird eine exakte Messung auf Schwierigkeiten stoßen. Um den Toleranzbereich des Messergebnisses möglichst gering zu halten, sollte eine optische Mittelung des Rauschsignals vorgenommen, der Wert numerisch ermittelt und die Dämpfung solange verändert werden, bis die Amplitude des Prüfsignals auf das Doppelte von diesem Wert ansteigt.

Messung an digital arbeitenden Empfängern

In digitalen Radargeräten kann die Messung der Empfängerempfindlichkeit durch einen internen Prüfzyklus vorgenommen werden, der in der Totzeit des Radars (also in der Zeit, in welcher die Phasenschieber einer Phased Array Antenne) für eine neue Abstrahlrichtung umgestimmt werden. Dieser interne Prüfzyklus entspricht im Ablauf der Messprozedur in einem analogen Radargerät.

Eine externe Messung kann in der Regel nur unter Werkstattbedingungen durchgeführt werden. Es werden dafür eine Vielzahl von Messgeräten benötigt, welche die Sondierungssignale des Senders zu einem beliebigen Zeitpunkt, aber synchron zum Radar simulieren können. Das heißt, das originale Sendesignal muss beliebig verzögert werden um auf dem Bildschirm in einer gewünschten Entfernung (außerhalb der Wirkung einer STC-Schaltung) dargestellt zu werden.