Frequenzbereiche für Radar - Radar Basics (2024)

Frequenz- und Wellenbereiche

Das Spektrum der elektromagnetischen Wellen weist Frequenzen bis zu 10²⁴Hz auf. Dieser sehr große Gesamtbereich wird wegen unterschiedlicher physikalischer Eigenschaften in verschiedene Teilbereiche gegliedert.

Die Einteilung der Frequenzen in die verschiedenen Bereiche wurde vormals an Kriterien gemessen, die historisch entstanden und mittlerweile überholt sind und so entstand eine neue Einteilung der Frequenzbänder, die international verwendet wird. Teilweise wird aber in der Literatur noch die traditionelle Frequenzbandbezeichnung benutzt.

Eine Übersicht zeigt folgende Grafik:

Derzeit gibt es zwei gültige Bezeichnungssysteme für Frequenzbänder die im Bild1 gegenübergestellt sind. Die IEEEInstitute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) favorisiert ein Bezeichnungssystem, das historisch entstanden ist und dessen gewollt unsystematische Verteilung der Buchstaben zur Bandbezeichnung teilweise aus der Zeit des 2.Weltkrieges stammt, deren Auswahl anfänglich der Geheimhaltung genutzter Frequenzen dienen sollte.

Innerhalb der NATO wird eine neuere Frequenzbandtabelle genutzt, deren Bandbegrenzungen an die Technologien und Messmöglichkeiten in den verschiedenen Frequenzbereichen angepasst ist. Die Bandgrenzen sind annähernd logarithmisch verteilt und das System ist nach oben hin offen, es können also leicht weitere Bänder definiert werden. Dieses Bezeichnungssystem hat ebenfalls militärischen Ursprung und ist eine Bandeinteilung für den elektronischen Kampf, in welchem Radargeräte schließlich einen wesentlichen Platz einnehmen.

Da eine Zuordnung in die neuen Frequenzbänder nicht immer möglich ist, ohne dass die genaue Frequenz bekannt ist, habe ich dort, wo in den Firmenschriften die traditionellen Bänder genannt wurden, diese kommentarlos übernommen. Doch Vorsicht! In Deutschland sind bei den Firmen immer noch die alten deutschen Band-Bezeichnungen üblich. Radargeräte einer sogenannten „C-Band- Familie“ arbeiten mit Sicherheit im neuen G-Band, dafür arbeiten Radargeräte, die das „L“ im Namen führen (z.B. SMART-L) nicht mehr im L-Band, sondern im D-Band.

Die Frequenzen von Radargeräten reichen von etwa 30Megahertz bis zu etwa 300Gigahertz (300 000 000 000 Schwingungen pro Sekunde!). Für bestimmte Radaranwendungen werden aber auch bestimmte Frequenzen bevorzugt. Sehr weitreichende Radaranlagen arbeiten meist mit niedrigeren Frequenzen unterhalb bis einschließlich des D-Bandes. Flugsicherungsradargeräte auf einem Flugplatz arbeiten teils knapp unter 3GHz (ASR) bzw. knapp unter 10GHz (PAR).

A- und B- Band (HF- und VHF- Radar)

Diese Radarbänder unterhalb von 300MHz haben historisch eine lange Tradition, da hier die ersten Radargeräte vor und während des 2.Weltkrieges entstanden. Der Frequenzbereich entsprach den damals beherrschten Hochfrequenz-Technologien. Später wurden sie für Frühwarn-Radargeräte extrem großer Reichweite, sogenannte Over The Horizont (OTH) Radars genutzt. Da die Genauigkeit der Winkelbestimmung abhängig vom Verhältnis der Wellenlänge zur Antennengröße ist, können diese Radargeräte keine hohen Anforderungen an die Genauigkeit erfüllen. Die Antennen dieser Radargeräte sind trotzdem extrem groß, können sogar mehrere Kilometer lang sein. Hier wirken besondere anormale Ausbreitungsbedingungen, welche die Reichweite des Radars nochmals auf Kosten der Genauigkeit erhöhen. Da diese Frequenzbänder durch Kommunikationsfunkdienste dicht belegt sind, ist die Bandbreite dieser Radargeräte relativ klein.

Heute haben diese Frequenzbänder eine besondere militärische Bedeutung, da die derzeitig angewendeten Stealth- Technologien (sogenannte „Tarnkappenbomber“) hier nur eine sehr geringe (manchmal sogar entgegengesetzte) Wirkung zeigen.

C- Band (UHF- Radar)

Für dieses Frequenzband (300MHz bis1GHz) wurden spezialisierte Radargeräte entwickelt, die als militärisches Frühwarnradar zum Beispiel für das Medium Extended Air Defense System (MEADS), oder in der Wetterbeobachtung als Windprofiler gebaut werden. Diese Frequenzen werden nur sehr gering durch Wettererscheinungen gedämpft und ermöglichen so eine große Reichweite. Neuere Verfahren, sogenannte Ultrawideband Radargeräte senden mit sehr geringer Impulsleistung sehr breitbandig vom A- bis zum C- Band und werden meist zur technischen Materialuntersuchung oder teilweise in der Archäologie als Ground Penetrating Radar (GPR) verwendet.

D- Band (L-Band Radar)

Dieser Bereich ist bestens geeignet für moderne weitreichende Luftraumaufklärungsradargeräte bis weit über 400km (≈250NM) Reichweite. Relativ geringe Störungen durch zivile Funkdienste ermöglichen eine breitbandige Abstrahlung mit sehr hoher Leistung. Hier wird oft eine Intrapulsmodulation des Sendeimpulses angewendet, um noch größere Reichweiten zu erzielen. Bedingt durch die Erdkrümmung ist die praktisch erzielbare Reichweite dieser Radargeräte allerdings bei geringen Flughöhen sehr viel geringer, da diese Ziele dann durch den Radarhorizont verdeckt werden.

In der Flugsicherung sind in diesem Frequenzband die En-Route Radargeräte oder Air Route Surveillance Radar (ARSR) genannt, angesiedelt. In Verbindung mit einem Monopulse Secondary Surveillance Radar (MSSR) arbeiten diese Radargeräte mit einer relativ großen, sich langsam drehenden Antenne (L-Band: wie Large antenna und Long range).

E/F-Band (S-Band Radar)

In dem Frequenzband von 2bis4GHz ist die atmosphärische Dämpfung etwas höher als im D- Band. Radargeräte benötigen hier eine wesentlich höhere Sendeleistung, um große Reichweiten zu erzielen. Als Beispiel sei das militärische Medium Power Radar (MPR) mit bis zu 20MW Impulsleistung genannt. In diesem Bereich beginnen schon erhebliche Beeinträchtigungen durch Wettererscheinungen. Deshalb sind hier bereits die ersten Niederschlagsradargeräte angesiedelt, die allerdings vorwiegend in subtropischen und tropischen Gebieten genutzt werden, da hier ein Kompromiss zwischen Reflektivität und Durchdringungsdämpfung gefunden werden muss.

Spezielle Aufklärungsradargeräte der Flugsicherung mit mittlerer Reichweite von etwa 100km (50…60NM) als Airport Surveillance Radar (ASR) unterstützen die Fluglotsen bei der Überwachung spezieller Zonen um einen Flugplatz. Das Wort S- Band wird hier oft als Gedächtnisstütze für smaller antenna und shorter range verwendet.

G- Band (C-Band Radar)

Für dieses Frequenzband werden mobile militärische Gefechtsfeldradargeräte mit kurzer und mittlerer Reichweite gebaut. Die Antennen sind bei hoher Präzision zur Waffenleitung klein genug, um schnell verlegt zu werden. Der Einfluss von Wettererscheinungen ist sehr groß, weshalb militärisch genutzte Radargeräte meist mit Antennen mit zirkularer Polarisation ausgestattet sind. In diesem Frequenzbereich werden auch die meisten Niederschlagsradargeräte für gemäßigte Klimazonen verwendet.

I/J- Band (X- bis Ku- Band Radar)

Zwischen 8 und 12 GHz hat das Verhältnis der Wellenlänge zur Antennengröße einen günstigeren Wert. Es können mit sehr kleinen Antennen ausreichende Winkelgenauigkeiten erzielt werden, was eine militärische Verwendung als luftgestütztes Radar (Airborne Radar) begünstigt. Andererseits sind die relativ zur Wellenlänge sehr großen Antennen von Raketenleitradaranlagen immer noch handlich genug, um als verlegbar zu gelten.

Dieses Frequenzband wird zivil und militärisch vorwiegend für maritime Navigationsradaranlagen genutzt. Kleine billige und sich schnell drehende Antennen bieten ausreichende Reichweiten bei sehr guter Präzision. Die Antennen können als einfache Schlitzstrahler oder Patchantennen aufgebaut sein.

In der Raumfahrt wird dieses Frequenzband auch für Synthetic Aperture Radar (SAR) zur militärischen Aufklärung und zur geografischen Vermessung der Erdoberfläche genutzt. Eine spezielle Anwendung des Inverse Synthetic Aperture Radar (ISAR) liegt in der Überwachung der Meere zur Vermeidung von Umweltverschmutzungen.

K- Band (K- und Ka- Band Radar)

Mit höher werdender Sendefrequenz steigt die Dämpfung in der Atmosphäre, aber die mögliche Genauigkeit und das Entfernungsauflösungsvermögen steigt. Große Reichweiten können nicht mehr erzielt werden. Radaranwendungen in diesem Frequenzbereich sind zum Beispiel das Flugfeldüberwachungsradar, auch als Surface Movement Radar (SMR) oder (als Teil vom) Airport Surface Detection Equipment (ASDE) bezeichnet. Mit extrem kurzen Sendeimpulsen von wenigen Nanosekunden wird eine ausgezeichnete Entfernungsauflösung erreicht, so dass die Konturen von Flugzeugen und Fahrzeugen auf dem Bildschirm schon erkennbar sind.

L-Band (V-Band)

Durch molekulare Streuung der Atmosphäre (hier durch das Wasser als Luftfeuchtigkeit) erleiden hier die elektromagnetischen Wellen eine sehr starke Dämpfung. Radaranwendungen sind hier auf eine Reichweite von wenigen zehn Metern beschränkt.

M-Band (W-Band)

Hier sind zwei Phänomene der atmosphärischen Dämpfung zu beobachten. Ein Maximum der Dämpfung bei etwa 75GHz und ein relatives Minimum bei etwa 96GHz. Beide Frequenzen werden praktisch genutzt. Bei etwa 75bis 76GHz sind Radargeräten geringer Reichweite im Automobilbau als Einparkhilfe, Bremsassistent und automatische Unfallvermeidung im Einsatz. Durch diese hohe Dämpfung durch die molekulare Streuung (hier durch das Sauerstoffmolekül O₂) wird ein gegenseitiges Stören durch massenhaften Einsatz dieser Radargeräte unterbunden.

N-Band

Im Bereich 122 GHz befindet sich ein weiteres ISM-BandIndustrial, Scientific and Medical Band (ISM-Band) für Anwendungen der Messtechnik. Da in der Höchstfrequenztechnik bereits ab 100 GHz = 0,1 THz von einem Terahertzbereich gesprochen wird, werden von der Industrie Radarmodule für diesen Frequenzbereich als „Terahertzradar“ angeboten. Anwendung finden diese Terahertzmodule zum Beispiel in sogenannten Körperscannern, bei der fließbandmäßigen Qualitätskontrolle von bereits verpackten Gegenständen (Durchleuchtung der Verpackung), bei der Bewertung von der Dicke von Schutzanstrichen, Laminaten oder auch Schokoladenüberzügen sowie als Detektor für Fremdkörper in Lebensmitteln. Bei Körperscannern wird der Umstand genutzt, dass diese Terahertzfrequenzen zwar leicht trockene und nicht leitende Substanzen durchdringen können, aber schon durch die Feuchtigkeit der Haut in diese nicht tiefer eindringen können, als nur wenige Millimeter.