1

j@doneit.de

Jürgen Doneit

2

Hochschule Heilbronn

3

1. Tag

1.1 10.00 Uhr Einleitung Begrüßung

1.2. 10.15 Uhr Physikalische Grundlagen

Spannungsquellen, Stromquellen, Widerstand, elektrisches-/

magnetisches Feld, elektromagnetische Wellen

1.3 12.30 Uhr Mittagessen

1.4 13.30 Uhr Das Funkgerät

Funktionen, Messungen, zukünftige Entwicklungen. Die

Prüfung in der Praxis.

1.5 15.30 Uhr Pause

1.6 15.45 – 17.30 Grundlagen der Antennentechnik Dipol, Antennen-Charakteristik, Reflexion, Anpassung, Nahfeld, Fernfeld

4

2.Tag

2.1 9.00 Uhr Der Transponder Mode Funktionsweise Mode S

Kennung, erweiterte Funktionen

2.2.10.15 Uhr Die Funktionsprüfung Software, Hardware, praktische Vorführung

2.3 12.15 Uhr Mittagessen

2.4 13.00 Uhr Typische Avionik-Fehler in der Praxis

2.5 14.30 Uhr GPS / VOR Funktion und Praxis

2.6 15.30 Uhr Pause

2.7 15.50 Prüfung

2.8 16.50-17.20 Zusammenfassung und Auswertung

5

Quelle der Comics: Der Computer Comic von Larry Gonick, 1984, Rowohlt Taschenbuch

6

• Elektrotechnik und Elektronik für Informatiker

• Band1: Grundgebiete der Elektrotechnik,

1999

Reinhold Paul, Teubner Verlag, ISBN 3-519-

12126-3

• http://www.elektronik-kompendium.de/

Literatur und Quellen

7

8

Elektrotechnik

Grundlagen, Batterie, Sicherungen, Kabel, Zentrale

Masse, Meßtechnik

9

Elektrotechnik

Energietechnik Informationstechnik

Energieerzeugung Telekommuniktion

Energieverteilung Unterhaltungselektronik

Antriebstechnik Datenverarbeitung

Wärmewirtschaft Automatisierungstechnik

10

Teilchen Masse/g Ladung/As

Proton 1,6*10-24 +1,6*10-19

Elektron 9,1*10-28 -1,6*10-19

Neutron 1,6*10-24 keine

Atomistik

11

Energie - Bändermodell

12

Ladung, Feld, Spannung

Kleinste Ladungsmenge e = -1,602*10-19 As

Q= n*e- Ladungsmenge

Einheit [As] oder [Coulomb] = [C]

13

Elektrisches Feld , elektrische Spannung

Zwischen zwei unterschiedlichen Ladungen

verändert sich die Eigenschaft des Raumes.

Auf weitere in diesem Raumgebiet befindlichen

Ladungen wirken Kräfte. Es wirkt das

Elektrische Feld E [V/m]

F=q*E [N]

E*d = U [V]

14

Energie

Wird elektrische Ladung von einem Punkt zu einem

anderen bewegt und besteht zwischen diesen Punkten eine

Spannung U so wird bei der Bewegung Energie umgesetzt.

Arbeit W = Q * U [V A s] = [W s] = [ Joule ]

einsetzen von Q= I * t ergibt:

W = U * I * t

Umrechnung von Energieeinheiten

1kWh = 3,6 *106 Ws

1 Ws = 0,239 cal

1kWh= 860 kcal

1l Öl = 10 kWh = 8600kcal

15

50000

780

500

444

0 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000

Strom aus PV

Biomass to Liquid

Biodiesel

Bioethanol

Energieart

km

Reichweite aus 100m2 Jahresertrag

Benzin PKW mit 5l/100km

Diesel PKW mit 4l/100km

Elektro-PKW mit 16kWh/100km

16

Leistung

Leistung ist definiert als Arbeit pro Zeiteinheit

P= W / t [ V A ] = [ W ]

für Gleichstrom ergibt sich somit:

P = U * I

bei zeitabhängigen Größen ergibt sich:

p(t) = u(t) i(t)

17

Der elektrische Widerstand

U12 = l / A * I

ohmsches

Gesetz

U12 = R * I [ m]

R = l / A [ ]

18

Temperaturabhängigkeit des

ohmschen Widerstandes

19

Widerstandstabelle

20

Übung

Ein Kupferdraht von 6m Länge, soll bei einem

Strom von 100A nicht mehr als 1 V

Spannungsverlust haben. qCu= 1,8 *10-8 Wm ; a =3,9* 10-4

a) Querschnitt in mm2?

b) Welchen Widerstand hat er bei 120°?

21

Lösung

A) A = 10,8 mm2

B) R= 13,9

22

Spannungspotenzial

Das Potenzial eines Punktes ist gleich der Spannung dieses Punktes

gegenüber dem Bezugspunkt 0 V (Masse).

Dabei gilt:

• Die Messung eines Potenzials bezieht sich

immer auf einen Bezugspunkt. Dieser hat 0 V

und wird im allgemeinen als Masse bezeichnet.

• Bei der Messung eines positiven Wertes, ist

das Potenzial positiver als der Bezugspunkt.

• Bei der Messung eines negativen Wertes, ist

das Potenzial negativer als der Bezugspunkt.

+

+

+

+

23

Spannungsmessung

• Ein Spannungsmessgerät wird immer parallel zum Verbraucher,

Bauelement oder zur Spannungsquelle angeschlossen.

• Bei der Messung an der Spannungsquelle wird der

momentane Spannungswert gemessen.

• Am Verbraucher wird der Spannungsabfall

gemessen. Dieser ist eine Teil-

spannung der Gesamtspannung

der Spannungsquelle.

• Um die zu messende Schaltung

nicht zu beeinflussen, sollte

der Innenwiderstand des

Spannungsmessgerätes

möglichst hochohmig sein.

U

+

_

+

-

U

+ _

U Lampe

U Batt

U

+ _

U R

24

Physikalische Stromrichtung

(Elektronenstrom):

Da die negativen Ladungsträger

den Stromfluss tragen, fließen

die Elektronen von

Minus (-) nach Plus (+)

Technische

Stromrichtung

(historische

Festlegung):

Die Stromrichtung innerhalb einer

Schaltung wird auch heute noch von

Plus(+) nach Minus(-) definiert

Stromrichtung

physik. Stromrichtung

+ _

techn. Stromrichtung

25

Strommessung

• Das Strommessgerät wird immer in Reihe zum

Verbraucher angeschlossen. Dazu muss die

Leitung des Stromkreises aufgetrennt werden

um das Messgerät in den Stromkreis

einzufügen.

• Der Innenwiderstand des Messgerätes sollte

möglichst niederohmig sein, um den

Stromkreis nicht zu beeinflussen.

+

-

I ges I ges

I ges I ges

I

+ _

26

Sicherungen

- Verbrauchergruppe

- Querschnittsänderung

27

Kabel

• Gewichtsarme Kabel - AXALU® CENTRAL CONDUCTOR

Hauptcharakteristika

- versilbertes Aluminium

- Patentierter Produktionsprozess

- Von AWG 38 solide bis AWG 6 in Litzenausführung

- Leitfähigkeit = 63 % IACS

(International Annealed Copper Standard)

- Tensile strength=15 daN/mm²

- Temperaturbereich bis + 150°C

- Gewichtsersparnis bis 59 % gegenüber Kupferleitungen

28

AWG Kabelgrößen

29

Zentrale Masse

Jeder Verbraucher bekommt ein eigenes

Massekabel zur zentralen Masse.

(Vermeidung von Störungen und

Spannungsabfällen)

30

Beispiel : Verbraucher im Flugzeug Funkgerät, Beleuchtung

31

Übung

Ein Funkgerät nimmt bei 14,4 Volt Bordspannung beim

Senden 1,2 Ampere Strom auf.

a) Gebe die verbrauchte elektrische Leistung an.

b) Welchem elektrischen Widerstand entspricht die Last.

32

Lösung

A) P = 17,28 W

B) R= 12

33

Elektromagnetische Wellen

30. Mai 2013

34

Gliederung

• EM - Wellen allgemein – Anwendungen

– Elektromagnetisches Spektrum

– Eigenschaften

– Physikalische Grundlagen

– Entstehung

– Erzeugung

• EM- Wellen und Navigation – Einführung EM-Wellen/ GPS

– Aufbau und Auswirkung der Atmosphäre

– Fehlerverhalten und Korrektur bei GPS

35

36

Das Elektromagnetische Spektrum

Sichtbarer Bereich:

4x10^14 Hz - 7,5x10^14Hz

4x10^-7m - 1,5 x 10^-7 m

37

Eigenschaften

• Ausbreitung mit Lichtgeschwindigkeit (im Vakuum)

• transversale Wellen

• Wellengleichung gültig

• bestehen aus sinusförmigen elektrischen und

magnetischen Feldern

• harmonisch

• nicht an materielles Medium gebunden

• entstehen durch beschleunigte elektrische Ladungen

• transportieren Energie

38

Physikalische Grundlage

James Clerk Maxwell

(1831-1879)

“Ein sich änderndes Magnetfeld

induziert ein sich änderndes

elektrisches Feld und umgekehrt.”

• Elektrisches und magnetisches Feld in Natur untrennbar verknüpft

39

Maxwellsche Gesetze 1

• Ruhende elektrische Ladungen erzeugen el. Felder, deren

Feldlinien bei den Ladungen beginnen oder enden

40

Maxwellsche Gesetze 2

• Ströme, d.h. bewegte Ladungen, erzeugen Magnetfelder, deren

geschlossene Feldlinien die Ströme umkreisen

41

Maxwellsche Gesetze 3

• Sich ändernde Magnetfelder erzeugen elektrische Felder,

deren geschlossene Feldlinien die Änderungsrichtung der

magnetischen Induktion umkreisen

42

Maxwellsche Gesetze 4

• Ein fließender Strom und ein sich zeitlich änderndes

elektrisches Feld erzeugt ein magnetisches Wirbelfeld:

43

Auslenkungsgrößen

• ein elektrisches und ein magnetisches Feld

44

Ausbreitung Ausbreitung 2D „Veranschaulichung Einholung“

45

Ausbreitung 3D

46

Ausbreitung

• Felder schwingen mit Frequenz f

• Kreisfrequenz

• wiederholen sich als Funktion vom Ort entlang der

Ausbreitungsrichtung nach

• Wellenzahl

• Wellengleichung

• c Ausbreitungsgeschwindigkeit (Phasengeschwindigkeit)

• c ist Funktion der Konstanten des Mediums.

47

Maxwell: Ausbreitung im Vakuum

• elektrische Eigenschaft („Permitivität”)

– elektrische Feldkonstante

• Magnetische Eigenschaft („Permeabilität”)

– Faktor

v=

= 299 792 456,2 m/s

Maxwells Schlussfolgerung: Licht ist Elektromagnetische Welle

48

Maxwell: Ausbreitung in Materie

• Erweiterung der Gleichung um Materialkonstanten

-Relative Dielektrizität

-Relative Permeabilität

•Materialkonstanten >= 1

49

Maxwell: Feldgröße

• Elektrisches Feld E

• Magnetisches Feld B

• Größe der Felder in EM-Welle:

B auch bei großer elektrischer

Feldamplitude klein.

Faustformel Feldstärke in Abhängigkeit von

Senderleistung, Abstand und Antennengewinn

G = Antennengewinn absolut

Ps = Sendeleistung in W

d = Abstand in m

50

Entstehung - 2 Fragen

• Feldlinien einer Ladung erstrecken sich im unendlichen (Welt-)Raum

• 1. Was passiert mit den Feldlinien wenn die Ladung oszilliert?

• 2. Wann stellt man dies z.B. in 1 Mio. Km Entfernung fest?

51

Antwort Frage 1

• Feldlinien „schlängeln“ sich im Raum

• Es entsteht eine Welle

52

Antwort Frage 1

• Feldlinien „schlängeln“ sich im Raum

• Es entsteht eine Welle

53

Antwort Frage 2

• Wann stellt man Oszilation in 1 Mio. Km Entfernung fest?

• Entfernung: 10^9m

• Geschwindigkeit: 3x10^8 m/s

• v=s/t => t=v/s

54

Entstehung

• beschleunigte elektrische Ladungen

• in einzelnen Atomen

– Lichtemission durch elektronische Energieübergänge in

Atomen oder Molekülen

• im freien Raum

– schwingende Elektronen im Vakuum in einem

Radarsender (Klystron) oder in Materie (schwingende

Ladungen in einer Sendeantenne)

• Ladungen im Atomkern

– Emission von Gammastrahlen durch einen angeregten

Kern

55

Wellengeneratoren sehr unterschiedlich

• Langwellige Radiowelle

– Antenne (mehrere hundert Meter lang)

• Mikrowelle

– Vakuumröhre mit einigen cm Durchmesser

• Licht

– einzelne Atome oder Moleküle

• Gamma Strahlung

– Einzelne Atomkerne

beschleunigte Ladungen strahlen Energie in Form von EM- Wellen aus

56

Erzeugung – Hertz`scher Dipol

Nach Heinrich Hertz 1887

57

Erzeugung - Beispiel

• Hertzscher Dipol - Abschnürung von Feldlinien

58

Erzeugung - Beispiel Dipol-Antenne

59

EM-Wellen verlassen Dipol

60

Informationen übermitteln

AM - FM

61

Nachrichtenübertragung

• Amplitudenmodulation

• Frequenzmodulation

62

Frequenzmodulation

Modulationsindex

63

Ausbreitung

• Erdoberfläche

– Absorption

– Krümmung

Richtfunk

64

Warum kann man Radio überall hören?

65

Verhalten

elektromagnetischer Wellen

in der Atmosphäre

66

Aufteilung der Atmosphäre nach dem

Ionisierungszustand der Luft

Troposphäre

– Untere Schicht, bis ca 80km

– 80% der Atmosphärenmasse

– Wasserdampf, Ozonschicht, Wetter

– Absorption kurzwelliger Sonnenstrahlung

Ionosphäre

– Bis ca 640km

– Sehr geringe Dichte der Luft

– Materie fast vollständig ionisiert (haupts. kurzwellige Sonnenstrahlung)

– 3 Schichten unterschiedlicher Ionenverteilung

– Stromsystem

67

Auswirkungen der Troposphäre auf EM-Wellen

• Refraktion (Brechung)

• Brechungsindex

– keine Konstante

– Funktion der Temperatur,Druck,Wassergehalt

– Ständige Schwankungen (==Wetter)

• Bewirkt einen Fehler von bis zu 2,3 m

68

Auswirkungen in den Schichten der

Ionosphäre

• Elektronen in Wechselwirkung mit EM-Welle bewirken Dispersion

• Dispersion

– Geschwindigkeitsänderung (Verlangsamung)

– Brechungsindex n = c/v ( v= Ausbreitungsgeschwindigkeit)

• Reflektion (Spiegelung zwischen Schichten)

• Refraktion (Brechung)

• Frequenzabhängige atmosphärische Dämpfung

• Bewirkt Laufzeitfehler (tagsüber bis zu 30m)

69

Auswirkungen in den Schichten der

Ionosphäre

• D-Schicht

– unterste Schicht der Ionosphäre

– zwischen 60 und 85 km Höhe

– existiert nur tagsüber

– Elektronenkonzentration relativ

gering (ca. 10² bis 10^4

Elektronen/cm³)

– reflektiert Langwellen sehr gut

70

Auswirkungen in den Schichten der Ionosphäre

• E-Schicht

– zwischen 85 bis 140 km

– Elektronenkonzentration tagsüber ca. 10^5, nachts ca. 2 x 10³ Elektronen/cm³

– manchmal Bildung er. sog. Es-Schicht (bis zu 25-fache Elektronenkonzentration )

– Maximum bei ca 105km

• F-Schicht

– Elektronenkonzentration bis zu 5 x 10^5 Elektronen/ cm³

– Maximum bei ca 300km

– Besteht aus 2 Teilschichten:

• F1: Entstehung abhängig von der Sonnenaktivität

• F2: permanent vorhanden, enthält Sonnenwindplasma

• Frequenzabhängige atmosphärische Dämpfung

71

Warum kann man Radio überall hören?

Vorteilbringende Nutzung der Ionosphärenstörungen

72

Konsequenzen z. B. bei GPS

• Atm. Dämpfungsverhalten legt Verwendung von Mikrowellen nahe

• Frequenz nicht beliebig erhöhbar

– bei f > 2GHz Richtantenne in Empfangseinheit notwendig

• Ionosphärische Verzögerungen bei f>10GHz u. f

73

Gegenmaßnahmen

• Troposphärischer Fehler

– Nicht eliminierbar

– Annäherung durch allgemeines Modell

• Ionosphärischer Fehler

– Verwendung von Modellen der Elektronenverteilung

• Fehler läßt sich auf 50-60% senken

– Differential GPS

• Verwendung von Referenzstationen

– Station ermittelt Positionsfehler für jeden Satellit

– Station versendet Korrekturdaten

• Verwendung von L1 und L2

– Zweifrequenzempfänger (reserviert fürs Militär)

– Vergleich Ankunftszeiten beider Wellen

– Sog. „ionosphärenfreie Lösung“

74

Quellen

• Taschenbuch der Elektrotechnik und Elektronik, Helmut Lindner,

Fachbuchverlag Leipzig 1999

• http://members.aon.at/wrsp/funkausbreitung.htm

• http://maite152.upc.es/~manuel/tdgps/node19.html

• http://www.geographie.ruhr-uni-

bochum.de/agklima/vorlesung/strahlung/atmostrahl.html

• http://www.iap.uni-bonn.de

• www.desy.de

• www.nasa.gov

75

Das Funkgerät

76

77

78

79

80

2280 Kanäle im 8,33kHz Kanalabstand

81

82

83

84

85

In allen AM-Spektren mit Trägersignal ist die Trägerlinie am höchsten. Der

größte Teil der Sendeenergie wird bei der normalen Amplitudenmodulation

zur Trägeraussendung (PT) benötigt. Der Träger ist ein Hilfssignal und

enthält selber keine Information. Die Leistung im Seitenband (PS) enthält die

Information.

Für m=1 PT= 2/3 Ps PSU=PSO= 1/6 Ps Ps=gesamt Sendeleistung

86

Amplituden

Modulation

87

Stehwellenverhältnis (Standing Wave Ratio)

Einheit zur Beurteilung der Güte der Antennenanpassung. Damit die

vom Funkgerät erzeugte HF-Energie möglichst ohne Verluste über

die Antenne an die Umgebung abgestrahlt werden kann, muß u.a. die

Antenne in Resonanz mit der Sendefrequenz stehen. Um diese

Anpassung zu messen gibt es das SWR-Meter.

Frequenz 1,8 - 200 MHz. •

Leistung 5 / 20 / 200 Watt

umschaltbar

Nullpunkteichung

Abmessungen: 155 x 100 x

60

88

89

Wobei Prück die zum Sender zurücklaufende Leistung in %

(0 bis 1) ist und das SWR (1 bis unendlich).

Beispiel: Hat man einen SWR von 3 gemessen, so fliessen

25% der Sendeleistung (ein ganzes Watt bei 4Watt

Ausgangsleistung) zurück und müssen von der Endstufe in

Wärme umgesetzt werden. Das kann zur Überhitzung und

damit zur Zerstörung der Endstufe (teuer!) führen.

SWR = Umax / Umin = ( Uh + Ur ) / ( Uh - Ur)

Prück= [(SWR-1)/(SWR+1)]2 x P

90

Aufgabe

Die Ausgangsleitung unseres Funkgerätes beträgt 4 Watt.

Wir messen ein SWR von 4.

a) Wieviel Leistung wird reflektiert?

b) Wieviel groß ist Umax und Umin?

91

Lösung Lösung

Uhin=14 V

Urück=8,6V

Umax=22,6V

Umin=5,4V

92

Anpassungs-Meßaufbau

93

Eine Groundplane-Antenne wird einseitig gegenüber Erde betrieben. Sie

ist eine unsymmetrische Antenne. Diese kann direkt mit dem Koaxkabel

verbunden werden.

94

Funkgeräte – Nachprüfung – Messvorschrift

0. Seriennummer und Typ des Funkgerätes mit dem eingebauten

Gerät und mit der Zuteilungsurkunde der Bundesnetzagentur

vergleichen.

1. Sicherstellen einer Bord-Spannung >11,5 Volt auch während dem

Senden. (Voltmeter)

2. Frequenzgenauigkeit: max. 800Hz Abweichung

Messgerät: Frequenzzähler mit Genauigkeit 1ppm

3. Empfindlichkeit Empfänger:

95

4. Ausgangsleistung:

Feldstärkemessung im Abstand von 10m

E > 0,8 V/m entsprechend einer abgestrahlten Leistung von ca. 2 Watt. Messgerät: Feldstärkemesser

z.B. Feldstärkemesser im Frequenzzähler

5. Nachbarkanalunterdrückung:

Mit Messsender (Handfunkgerät) Output 0.5 W in 10m Abstand auf dem

Nachbarkanal senden. Es darf kein Signal hörbar sein.

Alle Messungen jeweils bei 118, 127, 136 MHz

6. Aufbau:

Mechanischer Aufbau Antenne prüfen (Festigkeit, Schwingungen)

Geräteeinbau OK

Keine starken Verzerrungen hörbar

Keine Fremdgeräusche (auch bei laufendem Motor / ACL)

96

97

Avionik-Seite

http://mitarbeiter.hs-

heilbronn.de/~doneit/Avionik/Avionik.html

http://mitarbeiter.hs-heilbronn.de/~doneit/Avionik/Avionik.htmlhttp://mitarbeiter.hs-heilbronn.de/~doneit/Avionik/Avionik.htmlhttp://mitarbeiter.hs-heilbronn.de/~doneit/Avionik/Avionik.html

98

99

Kabel, HF-Kabel und

Antennentechnik

Kabel für das Flugzeug

Historie des Antennbaus

Dipol

HF-Kabel

Antennenarten

100

Kabel

• Gewichtsarme Kabel - AXALU® CENTRAL CONDUCTOR

Hauptcharakteristika

- versilbertes Aluminium

- Patentierter Produktionsprozess

- Von AWG 38 solide bis AWG 6 in Litzenausführung

- Leitfähigkeit = 63 % IACS (International Annealed Copper Standard)

- Tensile strength=15 daN/mm²

- Temperaturbereich bis + 150°C

- Gewichtsersparnis bis 59 % gegenüber Kupferleitungen

101

AWG Kabelgrößen

102

Eine Antenne ist ein Element, dass elektrische

Energie in elektromagnetische Wellen umsetzt

(Sendeantenne), oder umgekehrt (Empfangsantenne).

Sie ist ein sogenannter Wellentypwandler. Die

Sendeantenne wandelt eine leitungsgeführte Welle in

eine hochfrequente Welle um, welche dann in den

freien Raum abgestrahlt wird.

103

Die Empfangsantenne funktioniert sinngemäß in

umgekehrter Richtung: Umwandlung der hochfrequenten

Welle des freien Raums in eine leitungsgeführte Welle.

Passive Antennen verhalten sich reziprok, zeigen also

sowohl beim Senden als auch beim Empfang gleiche

Eigenschaften. Aktive Antennen sind wegen der

eingebauten Verstärkerelemente nicht reziprok.

104

Historie Systematische Untersuchungen gehen zurück auf den

deutschen Physiker Heinrich Hertz, die auf den

theoretischen Grundlagen des Engländers James Clark

Maxwell aufbauen. Maxwell benutzte die umfangreichen

Beobachtungen von Faraday und entwickelte daraus

die elektromagnetische Feldtheorie.

Dem Italiener Guglielmo Marconi gelang 1897 erstmalig

die drahtlose Telegraphie, bei der das Morsezeichen "S"

erfolgreich von England über den Atlantik nach

Neufundland übertragen wurde.

105

Mit dem Ausbruch des Ersten Weltkrieges 1914 startete der

eigentliche Beginn der Antennentechnik. Man benutzte

damals die Rahmenantennen als Empfänger. 1925

überbrückte Marconi die Strecke England - Australien. Man

begann auch bereits Richtantennen zu verwenden, und

benutzte den Halbwellendipol als Empfänger.

106

Der logarithmische Maßstab deziBel dB

Ein Bel bezeichnet das Verhältnis 1:10 zweier Leistungen

P1:P2.

P(dB)= 10 x log Pout/Pin

log 10 = 1

log 100 = 2

log 1000 = 3

log 1000 000=6

107

Der logarithmische Maßstab deziBel dB

1:100 20 dB log100=2

1:10 10 dB log 10 =1

1: 2 3dB log 2 = 0,3

1: 1Million = 60dB log 106 =6

108

Übung

Sie messen am Ausgang eines 5m langen Kabels

die Leistung von 4 W, am Eingang eine Leistung

von 7 W.

Wie stark ist die Dämpfung des Kabels in dB/m

109

Lösung

Pdb = 10 log (4W/7W) dB

= -10 * 0,24 dB

= -2,4 dB

Pdb /m = -2,4 dB / 5 m = -0,48 dB/m

110

111

112

113

114

115

Antennendiagramm eines Dipols

Ein Antennendiagramm oder

allgemeiner Strahlungsdiagramm

zeigt die Intensität einer

Strahlungsquelle als Funktion der

Richtung. Bei elektromagnetischer

Strahlung gibt es den Betrag der

elektrischen oder magnetischen

Feldstärke in Abhängigkeit des

Raumwinkels wieder.

116

Richtantenne

Nebenkeulen-

dämpfung

Vor-/

Rückverhältnis

Stahlungsbreite

117

Gemessenes

Antennendiagramm

118

Drahtantennen

Der Radiosender Kalundborg in Kalundborg ist ein auch in

Deutschland empfangbarer Radiosender.

Gesendet wird in Kalundborg auf der Langwellenfrequenz 243

kHz mit einer Leistung von 300 Kilowatt und auf der

Mittelwellenfrequenz 1062 kHz mit einer Leistung 150 Kilowatt.

Als Sendeantenne für die Langwelle wird eine an zwei 1927

erbauten, freistehenden, geerdeten Türmen mit dreieckigem

Querschnitt von 118 Meter Höhe, die wie Hochspannungsmaste

aussehen, aufgehängte Drahtantenne verwendet, die an einem

Ende vom Sender gespeist wird und am anderen Ende über eine

Drosselpule geerdet ist (Alexanderson-Antenne). Man kommt

dadurch mit Antennenträgern geringer Bauhöhe aus, als bei

herkömmlichen Langwellenantennen.

119

Radiosender Kalundborg LW

120

Drahtantennen - Yagi -Antenne

1 Sendeantenne (Dipol), 2 Reflektoren 3Direktoren 4 Speisung

121

122

Reflektorantenne

123

Hornstrahler:

Rillenhornstrahler für

3,7 ... 6 GHz mit

einem Übergang auf

Koaxialkabel mit SMA-

Anschluss

Wellenleiterantennen

124

Wellenleiterantennen

Schlitzantenne (Umkehrprinzip)

125

Gruppenantennen

Eine Phased-Array-Antenne (Phased Array =

Phasengesteuertes Feld) oder Gruppenantenne ist

eine Richtantenne, die eine Bündelung der

Strahlungsenergie durch die Anordnung und

Verschaltung von Einzelstrahlern erreicht. Wenn sich

die Einzelstrahler unterschiedlich ansteuern lassen, ist

die Phasenantenne elektronisch schwenkbar.

126

127

Ferritantenne mit Spulensatz für Lang-, Mittel- und

Kurzwelle (Bleistift als Größenvergleich)

Magnetische Antennen

128

Magnetische Antennen

Rahmenantenne

129

130

Der Transponder

Historie

Primärradar

Funktion

Mode-S

131

Die Radartechnik wurde während des Zweiten

Weltkrieges entwickelt. Kräftige elektromagnetische

Impulse (im Bereich von einem Megawatt) werden von

einer Bodenstation ausgesandt, vom Luftfahrzeug

reflektiert und von derselben Radarantenne am Boden

wieder empfangen. Dieses Verfahren, welches man

Primärradar nennt, funktioniert gut mit Luftfahrzeugen in

Metallbauweise oder welchen, die wenigstens einen

Motor an Bord haben.

Primärradar

132

Radio Aim Detecting And Ranging

R = Entfernung zum

Flugziel

c = Lichtgeschwindigkeit

t = Zeit

133

Bestimmung der Flughöhe

Erdkrümmung !!!

134

Die Radargleichung

135

Rückstrahl-Charakteristik eines Stealth-

Bombers (Wickipedia)

136

Die Nachteile des Primär-RADARs hat man

durch die Entwicklung des Sekundärradars

überwunden. Die Flugzeuge wurden mit einem

Sekundärradar-Antwortgerät (Transponder)

ausgestattet, welches aktiv auf den Radarstrahl

vom Boden antwortet. Diese Verfahren nennt

man SSR (Secondary Surveillance Radar).

Der Sekundär - RADAR

137

138

Mode A und A/C

Der Mode-A-Transpoder sendet beim

Beantworten des Radarstrahls einen

vorher von der Flugsicherung

zugewiesenen ("sqawk") und vom Piloten

am Gerät eingestellten Code zurück. Der

Mode-A/C-Transponder sendet zusätzlich

zum vierstelligen Code auch noch die

aktuelle Höhe über der Druckfläche

1.013,2 hPa zur Bodenstation (100ft

Auflösung)

139

Nun kann der Fluglotse nicht nur jeden Punkt

auf dem Radarschirm eindeutig einem

Flugzeug zuordnen, sondern er weiß auch, in

welcher Flughöhe es sich befindet (Mode C).

140

Abfrage-Codierung Bodenfunkstelle

141

Antwort: Kennung oder Flughöhe im Oktalcode

SPI - Impuls nur bei Ident-Funktion

Verwendete Frequenzen:

bei der Abfrage auf 1030 MHz

bei der Antwort auf 1090 MHz

142

Grenzen des Mode A/C durch Zunahme des

Luftverkehrs

Schon heute reichen die 4.096

Codekombinationen nicht mehr aus, um den

stetig zunehmenden Luftverkehr in

Ballungszentren abzuwickeln. Zusätzlich gibt es

in Lufträumen, in denen viele Flugzeuge

unterwegs sind, ein ganz spezielles Problem des

herkömmlichen Transponders.

143

Der von der Bodenstation ausgestrahlte Radarstrahl hat

einen Öffnungswinkel von drei Grad. Das bedeutet, dass

Luftfahrzeuge, die dicht zusammenfliegen oder an

gleicher Position in unterschiedlicher Höhe sind, nahezu

gleichzeitig auf das Signal vom Boden antworten. Eine

Vermischung der Antwortsignale, die von der

Flugsicherung nun nicht mehr ausgewertet werden

können, ist die Folge. Man nennt dieses Problem FRUIT

"False Replies Unsynchronous in Time", welches

natürlich bei jeder Umdrehung der Radarschüssel auftritt.

144

Mode S

Beide Probleme werden durch den

neu entwickelten Mode S (S steht

für "selektiv") behoben. Statt des

von der Flugsicherung bei jedem

Flug zugewiesenen vierstelligen

Codes bekommt jedes Flugzeug

einen weltweit einmaligen Code,

die so genannte ICAO-24-Bit-

Adresse, fest einprogrammiert. Die

Höhendaten werden mit einer

Auflösung von 25ft gesendet.

145

Das FRUIT Problem:

Die Bodenstationen senden nun zwei unterschiedliche Signale

aus. Ein All-Call-Signal und eines, mit dem einzelne

Flugzeuge selektiv abgefragt werden können. Wird nun ein

Flugzeug mit seinem Mode-S-Transponder von einer

Bodenstation getroffen so antwortet der Transponder nur auf

das All-Call-Signal. Danach ist das Flugzeug der Bodenstation

bekannt (ICAO-Kennung), und wird nun nach Bedarf mit dem

Roll-Call abgefragt, wenn Daten benötigt werden.

146

Innerhalb des Mode S wird nochmals zwischen

zwei verschiedenen Modi unterschieden:

Übermittelt der Transponder nur die ICAO-24-Bit-

Adresse und die Höhe, wie im Luftsport üblich, so

spricht man vom "Elementary Mode". Die Länder

Frankreich, Deutschland und Großbritannien führen

zusätzlich für Luftfahrzeuge mit einer MTOW größer 5,7

t und einer Reisegeschwindigkeit größer 250 kts den so

genannten "Enhanced Mode" ein. Bei diesem Mode

werden zusätzliche Parameter wie Fluggeschwindigkeit,

Steig- beziehungsweise Sinkrate sowie Kurs übermittelt.

147

• All-call

– Spezielle 24 Bit Adresse ( FFFFFF hex)

– Alle Flugzeuge antworten

• Roll-call

– Eindeutige 24 Bit Adresse

– Ein Flugzeug antwortet

148

LAST - Light Aviation Secondary Surveillance

Radar (SSR) Transponder Wesentliche Probleme beim Einsatz von Transpondern in

Segelflugzeugen oder Luftsportgeräten (UL´s) sind das

Gewicht und der Stromverbrauch des Geräts. Für

Kleinluftfahrzeuge wurden daher Geräte mit geringerer

Sendeausgangsleistung (71 Watt) entwickelt. Bedingt durch

die Leistungsklasse 2 dürfen sie nur in Luftfahrzeugen

verwendet werden, die nicht oberhalb einer Höhe von 15.000

Fuß betrieben werden und deren maximale

Reisegeschwindigkeit nicht mehr als 175 kts (324 km/h)

beträgt. Derzeit ist nur die Firma Filser mit einem Mode-S-

Transponder gemäß LAST-Standard auf dem Markt.

149

• Grundüberwachung

• Erweiterte Überwachung

– Fluggeschwindigkeit

– Steig- / Sinkrate

– Position

150

Mode S - Antwort

151

Kollisionsvermeidung TCAS

Abrage 1mal/sec

Transponder

Mode-S

152

Transponderpflicht

Welche Luftfahrzeuge in welchen Lufträumen mit

einem Transponder ausgerüstet sein müssen, regelt

die Flugsicherungsausrüstungsverordnung (FSAV).

153

Alle Luftfahrzeuge (Flugzeuge, Hubschrauber, Luftschiffe, Segelflugzeuge,

Motorsegler, Frei- und Fesselballone, Drachen, Flugmodelle und

Luftsportgeräte) mit einem Transponder ausgerüstet sein, wenn sie die

folgenden Lufträume nutzen wollen:

1. Lufträume der Klasse C sowie D (nicht Kontrollzone)

2. Lufträume mit vorgeschriebener Transponderschaltung

(Transponder Mandatory Zone - TMZ)

3. kontrollierten Luftraum bei Nacht

4. motorgetriebene Luftfahrzeuge, ausgenommen in der Betriebsart

Segelflug, oberhalb 5.000 ft über NN oder oberhalb einer Höhe

von 3.500 ft über Grund, wobei jeweils der höhere Wert

maßgebend ist

FSAV

154

155

Zuteilung der 24-Bit-Adresse

Die ICAO-24-Bit-Adresse darf nur von einem

Luftfahrttechnischen Betrieb (LTB) in den Mode-S-

Transponder eingegeben werden ?????

Es empfiehlt sich also, die 24-Bit-Adresse rechtzeitig zu

beantragen, so dass sie direkt vom Hersteller oder dem

einrüstenden LTB einprogrammiert werden kann.

Zuständig für die Zuteilung der Adresse sind das

Luftfahrt- Bundesamt (LBA), Abteilung

Verkehrszulassung. Bei Luftsportgeräten die beauftragten

Luftsportverbände DAeC oder DULV.

156

157

Tanspondertester

158

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160

..\..\Avionik-

Messung\Prüfung_F

ormular\Avionik-

Prüfung_1.pdf

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