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Montag, 19.02.2018
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Reflektierte Wellen

So funktioniert die Technik

Das Grundprinzip ist simpel: Ein Radar strahlt elektromagnetische Wellen ab, die an Objekten reflektiert werden. Ein Empfänger nimmt die zurückkommenden Wellen auf. Doch die Radarquelle sendet nicht die ganze Zeit das gleiche Signal. Stattdessen erhöht sich die Frequenz der ausgesandten Wellen kontinuierlich über einen gewissen Zeitraum, zum Beispiel von 200 auf 250 Gigahertz in einigen Millisekunden.

Ein Hurrikan im Wetterradar: Zur Ortung von Stürmen und Regenfronten wird Radar schon lange eingesetzt.

Die Ortung


Jan Barowski vom Bochumer Lehrstuhl für Hochfrequenzsysteme erklärt: "Das vom Messobjekt reflektierte Signal hat eine bestimmte Laufzeit. Es dauert daher etwas, bis die ersten Wellen mit 200 Gigahertz auf ein Objekt treffen und von diesem zurückgeworfen werden." Wenn das 200-Gigahertz-Signal dann vom Objekt zurückgeworfen wird und beim Empfänger ankommt, beträgt die Frequenz der Quelle inzwischen zehn Kilohertz mehr. Denn sie erhöht ihre Sendefrequenz kontinuierlich.

Je weiter ein Objekt entfernt ist, desto länger brauchen die Wellen, um zum Objekt und dann zurück zum Empfänger zu gelangen. Je länger sie brauchen, desto mehr unterscheidet sich auch die Frequenz des reflektierten Signals von dem des Signals, das die Quelle inzwischen aussendet. Aus der Differenz zwischen der Frequenz von ausgesandtem und zurückkommendem Signal können die Forscher daher auf die Entfernung des Objekts von der Quelle schließen: Eine große Frequenzdifferenz bedeutet, dass die Signale lange zum Objekt und zurück gebraucht haben und somit weit entfernt sein müssen.

So klein ist der Radarsensor, der am Bochumer Institut für Integrierte Systeme entwickelt wurde.

Materialbestimmung mittels Permittivität


In den zurückkommenden Wellen steckt aber noch mehr Information. Die Stärke des reflektierten Signals hängt davon ab, wie groß ein Objekt ist, wie es geformt ist und aus welchem Material es besteht. Bestimmte Materialien reflektieren nämlich stärker als andere. Luft lässt elektromagnetische Wellen zum Beispiel vollständig durch. Auch Materialien mit vielen Lufteinschlüssen wie Styropor werfen kaum Strahlung zurück. Metall hingegen reflektiert sehr stark.

Eine Materialkonstante, die sogenannte relative Permittivität, beschreibt, wie durchlässig eine Substanz für elektromagnetische Wellen ist. Sie hängt von der Frequenz des eingestrahlten Signals ab. Aus der Stärke der reflektierten Signale bei unterschiedlichen Frequenzen können die Forscher daher auf die relative Permittivität schließen, und die wiederum verrät, um welches Material es sich handeln könnte.
Julia Weiler, Ruhr-Universität Bochum/ RUBIN
Stand: 09.02.2018
 
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