Empfängerdynamik
übersteuert
empfindlichkeit
Bild 1: Eine sogenannte Receiver-Calibration-Kurve: Das Ausgangssignal (Y-Achse) als Abhängigkeit von der Eingangsleistung (X-Achse). Die Differenz zwischen dem Punkt der Übersteuerung und dem Punkt der Empfindlichkeitsgrenze ist die Dynamik des Empfängers in Dezibel (hier: 118 - 96 = 22 dB).
übersteuert
empfindlichkeit
Bild 1: Eine sogenannte Receiver-Calibration-Kurve: Das Ausgangssignal (Y-Achse) als Abhängigkeit von der Eingangsleistung (X-Achse) Die Differenz zwischen dem Punkt der Übersteuerung und dem Punkt der Empfindlichkeitsgrenze ist die Dynamik des Empfängers in Dezibel (hier: 118 - 96 = 22 dB).
Empfängerdynamik
Das Leistungsverhältnis zwischen den Echosignalen aus dem Nahbereich und den Echosignalen von Objekten aus sehr großer Entfernung kann bis zu 80 dB betragen. Signale mit derart großen Leistungsunterschieden lassen sich sehr schwer verarbeiten. Vor allem, wenn die Echosignale im weiteren Verlauf der Radarsignalverarbeitung in digitale Datenformate umgewandelt werden sollen.
Der Begriff „Dynamik“ beschreibt den Unterschied zwischen maximal und minimal möglicher Empfangsleistung eines Empfängers. Für einen Radarempfänger muss folgender Werteansatz gemacht werden:
| D = | PEmax | = maximale Signalgröße, bei welcher der Empfänger noch nicht in die Begrenzung geht. = minimales Signal, bei dem der Empfänger noch ein Ausgangssignal abgibt. | |
| PEmin |
Eine Möglichkeit der direkten Messung der Empfängerdynamik ist im Abschnitt Messpraxis beschrieben.
Wenn die meisten Radarparameter aus der Radargrundgleichung innerhalb einer Impulsperiode als konstant angesehen werden können, verbleiben die effektive Reflexionsfläche σ und die jeweilige Entfernung eines zu ortenden Objektes doch sehr variabel. Deshalb kann die minimal mögliche Empfangsleistung als proportional zum Verhältnis aus der kleinstmöglichen Reflexionsfläche und der maximal möglichen Entfernung betrachtet werden und analog dazu die maximal zu erwartende Empfangsleistung aus dem Quotient einer sehr großen effektiven Reflexionsfläche und der minimal möglichen Messentfernung.
| PE = | Ps λ2 G2 σ | = k · | σ | (2) |
| (4π)3 · R4 | R4 |
Die während einer Impulsperiode unveränderlichen Parameter werden als ein konstanter Faktor k zusammengefasst und in der Folge gekürzt:
| D = | PEmax | = | k · σmax / R4min | = | σmax · R4max | (3) |
| PEmin | k · σmin / R4max | σmin · R4min |
Werden in diese Formel reale Daten eines Radargerätes eingesetzt, so erhält man die notwendige Empfängerdynamik für das jeweilige Radargerät. Zum Beispiel hat die ASR-E durch die Dauer des Sendeimpulses von 45 µs (mit dem Sendeimpuls für die große Reichweite) eine minimale Reichweite von 6,75 km. Die maximale Reichweite mit dem gleichen Sendeimpuls wird mit 60 nautischen Meilen, also etwa 110 km angegeben. Dabei sollten effektive Reflexionsflächen von minimal 0,1 m² (Ultraleichtflugzeug) bis 100 m² (schweres Transportflugzeug) verarbeitet werden können:
| D = | 100 m² · (110 km)4 | = 7 · 107 ≈ 78,5 dB |
| 0,1 m² · (6,75 km)4 |
Der Empfänger muss also neben dem kleinsten Signal Echosignal, welches noch verarbeitet werden kann, auch Echosignale verarbeiten können, die 70 Millionenmal größer sind.
Das ist ohne ein paar Schaltungstricks, welche eine sogenannte Dynamikkompression ermöglichen, nicht möglich. Dabei muss beachtet werden, dass diese Kompression etwa „maßstabsgerecht“ geschieht: Der Amplitudenunterschied muss sich später rechnerisch immer noch zurückverfolgen lassen!