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Glossar Radarsensorik
Verschaffen Sie sich in unserem Glossar einen Überblick über einige zentrale Begriffe aus dem Bereich der Radartechnologie bzw. Radarsensorik und deren Definitionen.
| Begriff | Beschreibung |
|---|---|
| Absorption | Partielle oder sogar vollständige Aufnahme der elektromagnetischen Energie eines Radarsignals durch ein Medium. Absorptionseffekte in Form von Dämpfung durch etwa Regen oder Nebel sind primär für reichweitenstarke Radaranlagen relevant, die im sehr hohen Frequenzbereich arbeiten. Soll in industriellen Anwendungen mit einem Radarsensor von Pepperl+Fuchs durch ein Medium „hindurchgeschaut“ werden, um das eigentliche Messziel zu erfassen, sind etwaige Absorptionseffekte durch das zwischengelagerte Medium zwar zu bedenken. Diese führen im Normalfall jedoch zu keiner signifikanten Funktionseinschränkung des Sensors. |
| Antennendiagramm | Grafische Darstellungen der Richtcharakteristik einer (Radar-)Antenne, üblicherweise visualisiert als horizontales, vertikales oder computergestütztes 3-D-Antennendiagramm. Zur einfachen Erfassung der Richtwirkung einer Radarantenne empfiehlt sich ein horizontales Antennendiagramm, da aus diesem schnell das Verhältnis zwischen Haupt-, Rück- und Nebenkeulen hervorgeht. |
| CW-Radar | Kurzform für „continuous wave radar“ bzw. unmoduliertes Dauerstrichradar. Im Unterschied zum Impulsradar arbeitet das Sendeelement hier während des Messvorgangs kontinuierlich weiter und sendet fortlaufend elektromagnetische Wellen mit gleichbleibender Frequenz und Amplitude aus. Aufgrund des fehlenden Zeitbezugs des Sendesignals ist jedoch keine Distanzmessung möglich. |
| Dopplereffekt | Nach dem österreichischen Physiker Christian Doppler benanntes Phänomen. Es beschreibt die zeitliche Stauchung oder Dehnung eines Signals, die eintritt, wenn sich der Abstand zwischen Sender und Empfänger während der Dauer des Signals verändert. Auf Basis dieser Laufzeitveränderung sind Radarsensoren in der Lage, radiale Geschwindigkeiten zu messen und zu erkennen, ob sich ein Objekt auf den Sensor zubewegt oder von ihm entfernt. |
| Elektromagnetische Welle | Unter dem Begriff der elektromagnetischen Welle bzw. Hertzschen Welle werden die verschiedenen Arten von Wellenlängenbereichen innerhalb des elektromagnetischen Spektrums subsumiert. Dieses umfasst Radiowellen und Mikrowellen, Infrarotstrahlung, sichtbares Licht, UV-Licht sowie Röntgenstrahlen und Gammastrahlen. Radarsensoren von Pepperl+Fuchs arbeiten im Frequenzbereich von 122.25 ... 123 GHz und bedienen sich damit sogenannter Radar-Mikrowellen. Da elektromagnetische Wellen kein Trägermedium zur Ausbreitung brauchen, verrichten Radarsensoren besonders zuverlässig ihren Dienst und sind entsprechend weniger abhängig von Einflüssen (etwa Wind, Druck, Temperatur), die auf solch ein Medium einwirken könnten. |
| FMCW-Radar | Kurzform für „frequency-modulated continuous wave radar“ bzw. frequenzmoduliertes Dauerstrichradar. Im Unterschied zum Impulsradar und CW-Radar arbeitet das Sendeelement hier während des Messvorgangs kontinuierlich weiter und fährt zusätzliche eine Frequenzrampe ab, meist in Form einer Sägezahn-Modulation oder Dreieck-Modulation. Die hierbei entstehende Frequenzverschiebung erlaubt in Verbindung mit weiteren Variablen eine Berechnung der Distanz zum detektierten Objekt. |
| I&Q-Verfahren | Das sogenannte I&Q-Verfahren bzw. „In-Phase-&-Quadrature-Verfahren“ ermöglicht es einem Radarsensor zu erkennen, ob sich ein Objekt auf den Sensor zubewegt oder von ihm entfernt. Dazu wird neben dem eigentlichen Signal (In Phase) ein zweites, um 90° verschobenes Signal ausgesendet (Quadrature). Über die Auswertung, welches der beiden Signale am Empfänger vor- und welches nacheilt, kann die Bewegungsrichtung des detektierten Objekts erkannt werden. |
| Impulsradar | Im Gegensatz zu Dauerstrichradaren, die kontinuierlich elektromagnetische Wellen abstrahlen, senden Impulsradare einzelne zeitlich kurze aber dafür leistungsstarke Impulse aus. Impulsradare eignen sich für große Reichweiten und haben einen entsprechend hohe Leistungsaufnahme. Diese Art von Radaren wird primär im militärischen Bereich, in der Flugsicherung oder auch als Niederschlagsradar eingesetzt. Für Anwendungen in der industriellen Automation, wie an FTS oder an mobilen Maschinen, empfiehlt sich dieses Wirkprinzip weniger, da die zur Generierung der leistungsstarken Impulse benötigten elektronischen Komponenten zu viel Platz einnehmen würden und die Auflösung relativ gering ausfällt. |
| ISM-Band | Als ISM-Bänder (Industrial, Scientific and Medical Band) werden Frequenzbereiche bezeichnet, die durch Hochfrequenz-Geräte in Industrie, Wissenschaft, Medizin sowie häuslichen und ähnlichen Bereichen lizenzfrei und meist genehmigungsfrei genutzt werden können. Industrielle Radarsensoren arbeiten ebenfalls in der Regel im ISM-Band und sind somit einfach in einer Vielzahl von Anwendungen einsetzbar. |
| Lichtgeschwindigkeit |
Die von Radargeräten als Signal genutzten elektromagnetischen Wellen breiten sich in einem Vakuum mit annähernder Lichtgeschwindigkeit von circa 300.000 km/s aus. Breiten sich die elektromagnetischen Wellen in einem Material (z. B. Luft) aus, reduziert dieses Material je nach seiner Permittivität und Permeabilität die Ausbreitungsgeschwindigkeit entsprechend. Dennoch verbleibt sie in einem Bereich, der etwa dem Schall (343,2 m/s in trockener Luft bei 20 °C) weit überlegen ist. |
| Patchantenne | In Radarsensoren häufig verwendeter Antennentyp. Patchantennen zeichnen sich durch ihre kompakte Bauform und die Tatsache aus, dass sie direkt auf einer Leiterplatte aufgebracht werden können. Zudem eignen sie sich besonders gut für den Einsatz im Mikrowellenbereich, in dem die Wellenlängen so kurz sind, dass die Patches entsprechend klein gehalten werden können. Zur Erhöhung von Antennengewinn und Richtwirkung werden mehrere Patches über Streifenleitungen verbunden und als ein Array zusammengefasst. |
| Permeabilität | Die magnetische Permeabilität bzw. magnetische Leitfähigkeit bezeichnet die Durchlässigkeit von Material für magnetische Felder. Sie ergibt sich aus dem Verhältnis der magnetischen Flussdichte zur magnetischen Feldstärke. Verglichen mit der Permittivität hat die relative Permeabilität eines Objekts in der Regel keinen großen Einfluss auf das reflektierte Radarsignal. |
| Permittivität | Die Permittivität beschreibt die Durchlässigkeit eines Materials für elektrische Felder. Sie wird als Produkt aus der Permittivität des Vakuums und der stoffabhängigen Permittivitätszahl des jeweiligen Materials angegeben. Soll ein Radarsensor etwa durch bestimmte Materialien „hindurchblicken“, um das eigentliche Ziel zu erfassen, so ist eine möglichst geringe relative Permittivität bzw. eine niedrige Transmissionsdämpfung von Vorteil |
| Radar | Radar bezeichnet als Kurzwort für „radio detection and ranging“ eine Reihe von Verfahren und Geräten zur Erkennung und Ortung auf Basis elektromagnetischer Wellen im Radiofrequenzbereich. Grundsätzlich wird hierbei von einem Radargerät eine gebündelte elektromagnetische Welle als Primärsignal ausgesendet. Von Objekten im Erfassungsbereich des Radargeräts reflektierte Echos werden als Sekundärsignal empfangen und ausgewertet. |
| Radargleichung | Die Radargleichung, oder auch Radargrundgleichung, ist eine physikalische Berechnungsmethode, mit der die von einem Radargerät bzw. Radarsensor ausgesendete Energie zu der zurückreflektierten Energie in Beziehung gesetzt wird. Anhand der Radargleichung kann, unter Kenntnis bestimmter relevanter Variablen, prognostiziert werden, bis zu welcher Maximalreichweite ein Zielobjekt durch das jeweilige Radar erkannt werden kann. Somit bietet die Radargleichung eine wirksame Methodik zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit von Radargeräten bzw. Radarsensoren. |
| Radarquerschnitt (RCS) | Der Radarquerschnitt, oder auch RCS (kurz für radar cross-section), ist eine objektspezifische Größe, die das Ausmaß der Reflexion einer Funkwelle durch ein Objekt zurück in Richtung des Senders beschreibt. Hierbei wirken sich die Form des Gegenstands, die Materialbeschaffenheit sowie Wellenlänge und Einfalls- und Ausfallswinkel der Strahlung aus. Der Radarquerschnitt eines Objekts wird in der Maßeinheit Quadratmeter angegeben. |
| Radarreflexion | Die von einem Hindernis im Erfassungsbereich des Radargeräts bzw. Radarsensors reflektierten elektromagnetischen Wellen. Diese Reflexion bildet die Grundlage für sämtliche Messgrößen bzw. Erkenntnisse, die mittels Radartechnologie gewonnen werden können (z. B. Distanz, Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung, Reflexionsamplitude, Objektkonturen). |
| Radom | Radom bezeichnet als Kunstwort für „radar dome“ eine Kuppelkonstruktion zum Schutz einer Radarantenne vor Außeneinflüssen. Radoms können, je nach Größe der durch sie geschützten Antennenkonstruktion, beeindruckende Ausmaße annehmen: So erreicht das weltweit größte Radom (Weltraumbeobachtungsradar TIRA) einen Durchmesser von 47,5 Metern. Als grundsätzliche Anforderung an Radoms sollen diese die durch die Antennenkonstruktion gesendete bzw. empfange elektromagnetische Strahlung so gering wie möglich reflektieren, absorbieren, brechen oder streuen und eine möglichst niedrige Transmissionsdämpfung verursachen. Dies ist besonders relevant, da sich die Beschaffenheit des Radoms als sogenannte „Zweiwegdämpfung“ sowohl auf dem Sende- als auch auf dem Empfangsweg auf die elektromagnetische Strahlung auswirkt. |
| Reflexion | In einer Anwendung, welche durch Radarsensoren gelöst wird, wird darauf spekuliert, dass eine ausgesendete Welle an einem Objekt derart diffus gestreut wird, dass zumindest ein gewisser Teil der Welle wieder zurück zum Sendepunkt reflektiert wird. Die Stärke dieser Reflexion (Amplitudenstärke) hängt sehr von der Beschaffenheit und dem Material des Objekts ab. |
| Voltage Controlled Oscillator (VCO) | Ein Voltage Controlled Oscillator (kurz VCO) bzw. spannungsgesteuerter Oszillator ist eine zentrale Komponente eines Radargeräts bzw. Radarsensors. Er erzeugt die für das Radarsignal benötigte hochfrequente Schwingung. Seine Ausgangsfrequenz verhält sich proportional zur Eingangsspannung. |
| Winkelreflektor | Winkelreflektoren bzw. Radarreflektoren sind ein wirkungsvolles Mittel, um die effektive Reflexionsfläche eines reflexionsschwachen bzw. nur instabil reflektierenden Objekts gravierend zu erhöhen. In Form eines Tripelspiegels („Corner Reflector“) konstruierte Winkelreflektoren bestehen aus drei im 90°-Winkel zueinanderstehenden elektrisch leitenden Flächen. Die im Winkelreflektor ankommenden elektromagnetischen Wellen werden durch die hier entstehende Mehrfachreflexion in ihre Ursprungsrichtung zurückgeworfen. |
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