Wellenausbreitung


3D - Darstellung des Antennengewinns einer Yagi-Uda Antenne
© IHF/TU Graz
Abschattungsdiagramm eines Multilaterationssystems im alpinen Gelände
© IHF/TU Graz
Ergebnisse einer Störungssimulation für ein ILS
© IHF/TU Graz

Allgemeines

Der Schwerpunkt im Bereich Wellenausbreitung liegt in der Simulation von elektromagnetischen Feldern. Speziell die durch Streuobjekte (z.B. Windturbinen) hervorgerufenen Interferenzen und deren Störwirkung auf Radaranlagen in der Flugsicherung und der Meteorologie waren bereits öfters der Gegenstand von Forschungsaufträgen. 

Hauptsächlich handelt es sich dabei um Frequenzen im Mikrowellenbereich, aber auch Arbeiten im VHF- und UHF-Bereich (ILS) wurden bereits durchgeführt.


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Reflexionen und Interferenzen

Simulationsergebnis der Reflexion eines Radarstrahls an einem Hochhaus
© IHF/TU Graz

Einer der wichtigsten Gründe für Störungen (für Flugsicherungsradare und andere Funksysteme) sind Reflexionen und die daraus resultierenden Mehrwegeausbreitungen, die zu Interferenzen führen. Diese Reflexionen entstehen an großen Strukturen, wie Gebäuden oder Windturbinen. Die Abbildung links zeigt zum Beispiel einerseits die berechneten Reflexionen des Funksignals eines Sekundärradars (1030 MHz) an einem Hochhaus, das sich wenige Kilometer westlich des Radars befindet. Der nach Westen gerichtete Strahl zeigt andereseits, dass natürlich auch die durch das Gebäude hervorgerufene Abschattung Störungen verursacht.

Unterschiede zwischen einem ungestörten und einem gestörten Antennendiagramm
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Solche Reflexionen beeinflussen damit aber auch das Antennendiagramm. Die nebenstehende Abbildung zeigt, wie sich das Horizontaldiagramm einer Antenne durch einen Gitterturm in unmittelbarer Nähe ändert, sobald die Antennekeule etwa auf diesen ausgerichtet ist. 

Ergebnisse einer Störungssimulation für ein ILS
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Ein weiteres Beispiel ist die Simulation der Störung eines Instrumentenlandesystems (ILS) durch andere Flugzeuge, die sich entweder auf Rollwegen bewegen oder am Vorfeld geparkt sind. Es geht darum festzustellen, welche Bereiche während des kritischen Abschnitts des Landeanflugs unbedingt freigehalten werden müssen. 


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Antennen- und Feldberechnungen

Für elektromagnetische Feldberechungen in Forschung und Lehre wird am Institut unter anderem das Software-Paket CST STUDIO SUITE ™ verwendet. Die folgende Animation zeigt den Betrag des elektrischen Feldes einer Yagi-Uda-Antenne bei 150 MHz:

Simulationsvideo der Verteilung der elektrischen Feldstärke im Nahbereich einer Yagi-Uda Antenne

3D - Darstellung des Antennengewinns einer Yagi-Uda Antenne
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Das resultierende 3D-Antennendiagramm dieser Antenne:


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Radar- und Funkabdeckung

Abschattungsdiagramm eines Multilaterationssystems im alpinen Gelände
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Bei der Aufstellung von Funkanlagen im allgemeinen und Radarsystemen im speziellen, ist darauf zu achten, dass es nicht zu einer Abschattung durch Geländeerhebungen kommt. Während die Wellen bei niedrigeren Frequenzen (z.B UKW-Radio) durchaus in den Schattenraum hinter Hindernissen gebeugt werden, ist dieser Effekt bei den kurzen Wellenlängen im Mikrowellenbereich und bei noch höheren Frequenzen praktisch nicht mehr vorhanden. Deshalb ist es notwendig einen möglichst optimalen Aufstellungsort für die Antenne zu wählen und dabei hilft die Erstellung der sogenannten Abschattungsdiagramme.

Diese Abbildung zeigt die durch das Innsbrucker Multilaterationssystem bereitgestellte Abdeckung des Inntals in einer Höhe von etwa 1600 m über Meeresniveau.


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Streuung an Niederschlagspartikeln

Ergebnisse der Streuberechnungen für Niederschlagspartikel
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Im Rahmen der Forschungstätigkeit wurden auch die Rückstreueigenschaften verschiedener Niederschlagspartikel (Regentropfen, Schneeflocken, Eiskristalle oder Hagelkörner) für Mikrowellen- und Millimeterwellenfrequenzen berechnet.


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Kontakt
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Helmut Schreiber
Dipl.-Ing. Dr.techn.
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