Neue Messanlage im Institut für Hochfrequenztechnik

03.11.2011

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Im Institut für Hochfrequenztechnik der RWTH Aachen wurde jetzt eine kompakte Antennen- und RCS-Messanlage fertiggestellt. Eine vergleichbare Ausstattung gibt es an keiner anderen deutschen Universität. Die Finanzierung teilten sich der Bund, die Deutsche Forschungsgemeinschaft, das Land NRW und die RWTH Aachen; investiert wurde rund 1 Millionen Euro. Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dirk Heberling, Leiter des Instituts für Hochfrequenztechnik, wurde die Einrichtung der Messanlage im Zuge der Berufungsverhandlung zugesagt.

  Urheberrecht: Foto: Peter Winandy Dipl.-Ing. Jörg Pamp und Dipl.-Ing. Thomas Dallmann (v.l.n.r) in der Antennen- und RCS-Messanlage der RWTH Aachen.

Antennen sind ein Schlüsselelement für jedes Funksystem, unabhängig davon, ob es um die mobile Kommunikation, die Sensoren eines Radar-Systems oder den Fernsehempfang geht. Je nach Verwendungszweck müssen bestimmte Antenneneigenschaften erfüllt werden. Zwar erlauben heute komplexe Simulationswerkzeuge die Ermittlung der theoretischen Eigenschaften - ein essentieller Bestandteil bleibt jedoch die messtechnische Überprüfung der Simulationsergebnisse.

Von besonderem Interesse sind die räumlichen Empfangs-, beziehungsweise Abstrahlungseigenschaften. Diese Richtdiagramme können sehr unterschiedlich aussehen: In Mobiltelefonen eingesetzte Antennen strahlen möglichst in alle Richtungen gleich ab, während Satellitenspiegel hauptsächlich nur aus einer Richtung empfangen. Dazu ist eine geeignete Messtechnik erforderlich, die mit der neuen Anlage realisiert wurde. Sie besteht aus einem mit absorbierenden Materialien ausgekleideten und damit von störenden Reflexionen freien Messraum, einer Einrichtung zum Drehen der zu vermessenden Antenne und einer Sendeantenne. Der mit Blech verkleidete Messraum verhindert, dass Funkwellen aus der Umgebung die Messungen stören und bietet zusätzlich die Vorteile eines Laboratoriumsbetriebes unter kontrollierten Bedingungen.

Damit die Messungen möglichst realitätsnah sind, müsste der Abstand zwischen den Antennen sehr groß sein. Zur künstlichen Vergrößerung des Messabstandes wird ein besonders geformter Reflektor (Spiegel) eingesetzt. Die Qualität der Messungen wird unter anderem durch die Gestaltung der Reflektorkanten bestimmt, dadurch entsteht seine charakteristische gezackte Form.

Weitere Messverfahren sind möglich

Darüber hinaus erlaubt die Anlage zwei weitere Messverfahren: die Nahfeldmesstechnik und die Bestimmung des Radarrückstreuquerschnitts von Objekten, kurz RCS für Radar Cross-Section.

Die Nahfeldmesstechnik verzichtet auf den normalerweise erforderlichen großen Abstand zwischen den Antennen im Messraum. Um Messfehler dennoch gering zu halten, werden Rechenverfahren eingesetzt, die die Messergebnisse so bearbeiten, als wären sie in großem Abstand aufgenommen worden. Allerdings geschieht dies auf Kosten eines erhöhten Mess- und Zeitaufwandes.

Radargeräte beruhen auf der grundlegenden Idee, Abstände mittels einer Laufzeitmessung von Reflexionen eines Funksignals an einem Objekt zu bestimmen. Eine solche Abstandsmessung gelingt nur dann zuverlässig, wenn die Funkwelle an diesem Objekt ausreichend reflektiert wird. Flugzeuge, Schiffe, Fahrzeuge oder Gebäude müssen daher hinsichtlich ihrer Reflexionseigenschaften vermessen werden. Dies leistet die RCS-Messtechnikkomponente der neuen Anlage.

Einsatz in Lehre und Forschung

Grundsätzlich haben sich derartige Messanlagen bereits im industriellen wie im Forschungsbereich als schnelle und hochpräzise Methode etabliert. Allerdings fehlte eine derartige Möglichkeit bisher an deutschen Universitäten. Der Bedarf deutscher Industrien an der Ausbildung von Ingenieuren an solchen hochspezialisierten Messanlagen ist neben der Forschung auf dem Gebiet der Antennenmesstechnik ein wichtiger Schwerpunkt der Nutzung dieser Anlage.