Jürgen Doneit - hs-heilbronn.demitarbeiter.hs-heilbronn.de/~doneit/Avionik/Unterlagen... · 2014. 5. 26. · 4 2.Tag 2.1 9.00 Uhr Der Transponder Mode Funktionsweise Mode S Kennung,

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Jürgen Doneit

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Hochschule Heilbronn

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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

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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

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

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• 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

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Elektrotechnik Grundlagen, Batterie, Sicherungen, Kabel, Zentrale Masse, Meßtechnik

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Elektrotechnik

Energietechnik Informationstechnik Energieerzeugung Telekommuniktion Energieverteilung Unterhaltungselektronik Antriebstechnik Datenverarbeitung Wärmewirtschaft Automatisierungstechnik

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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

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Energie - Bändermodell

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

Q= n*e- Ladungsmenge Einheit [As] oder [Coulomb] = [C]

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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]

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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

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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

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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)

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Der elektrische Widerstand

U12 = ρ ∗ l / A * I

ohmsches Gesetz

U12 = R * I ρ = 1 / κ [Ω m] R = ρ ∗ l / A [Ω]

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Temperaturabhängigkeit des ohmschen Widerstandes

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Widerstandstabelle

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Übung

Ein Kupferdraht von 6m Länge, soll bei einem Strom von 100A nicht mehr als 1 V Spannungsverlust haben. Cu= 1,8 *10-8 m ; =3,9* 10-3 a) Querschnitt in mm2? b) Welchen Widerstand hat er bei 120°?

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Lösung

A) A = 10,8 mm2

B) R= 13,9 mΩ

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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.

+

+

+

+

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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

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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

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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

+ _

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Sicherungen

- Verbrauchergruppe

- Querschnittsänderung

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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

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AWG Kabelgrößen

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Zentrale Masse

Jeder Verbraucher bekommt ein eigenes Massekabel zur zentralen Masse. (Vermeidung von Störungen und Spannungsabfällen)

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Beispiel : Verbraucher im Flugzeug Funkgerät, Beleuchtung

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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.

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Lösung

A) P = 17,28 W

B) R= 12 Ω

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Elektromagnetische Wellen

26. Mai 2014

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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

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Das Elektromagnetische Spektrum

Sichtbarer Bereich: 4x10^14 Hz - 7,5x10^14Hz 4x10^-7m - 1,5 x 10^-7 m

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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

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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

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Maxwellsche Gesetze 1

• Ruhende elektrische Ladungen erzeugen el. Felder, deren Feldlinien bei den Ladungen beginnen oder enden

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• Ströme, d.h. bewegte Ladungen, erzeugen Magnetfelder, deren geschlossene Feldlinien die Ströme umkreisen

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• Sich ändernde Magnetfelder erzeugen elektrische Felder, deren geschlossene Feldlinien die Änderungsrichtung der magnetischen Induktion umkreisen

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• Ein fließender Strom und ein sich zeitlich änderndes elektrisches Feld erzeugt ein magnetisches Wirbelfeld:

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Auslenkungsgrößen • ein elektrisches und ein magnetisches Feld

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Ausbreitung Ausbreitung 2D „Veranschaulichung Einholung“

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Ausbreitung 3D

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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.

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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

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Maxwell: Ausbreitung in Materie

• Erweiterung der Gleichung um Materialkonstanten -Relative Dielektrizität -Relative Permeabilität

•Materialkonstanten >= 1

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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

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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?

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Antwort Frage 1

• Feldlinien „schlängeln“ sich im Raum • Es entsteht eine Welle

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Antwort Frage 1

• Feldlinien „schlängeln“ sich im Raum • Es entsteht eine Welle

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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

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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

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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

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Erzeugung – Hertz`scher Dipol

Nach Heinrich Hertz 1887

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Erzeugung - Beispiel

• Hertzscher Dipol - Abschnürung von Feldlinien

58

Erzeugung - Beispiel Dipol-Antenne

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EM-Wellen verlassen Dipol

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Informationen übermitteln AM - FM

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Nachrichtenübertragung

• Amplitudenmodulation

• Frequenzmodulation

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Frequenzmodulation Modulationsindex

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Ausbreitung

• Erdoberfläche – Absorption – Krümmung

Richtfunk

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Warum kann man Radio überall hören?

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Verhalten elektromagnetischer Wellen

in der Atmosphäre

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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

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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

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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)

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• 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

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• 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

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Warum kann man Radio überall hören?

Vorteilbringende Nutzung der Ionosphärenstörungen

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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

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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“

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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

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Das Funkgerät

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2280 Kanäle im 8,33kHz Kanalabstand

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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

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Amplituden

Modulation

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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

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Überlagerung (rot) aus einer nach rechts vorlaufenden Welle (blau) und einer nach links reflektierten Welle (grün). Ein Teil der vorlaufenden Welle wird nach rechts transmittiert (blau). Das SWR ist 4. Quelle Wikipedia Stehwellenverhältnis

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Teilweise Reflexion und Transmission eines Impulses an der sprunghaften Änderung der Wellenimpedanz. Quelle: Wikipedia

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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

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Aufgabe

Die Ausgangsleitung unseres Funkgerätes beträgt 4 Watt. Wir messen ein SWR von 4.

a) Wieviel Leistung wird reflektiert? b) Wie groß ist Umax und Umin?

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

Prück= [(SWR-1)/(SWR+1)]2 x P

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Lösung Lösung

Uhin=14 V

Urück=8,6V

Umax=22,6V

Umin=5,4V

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Anpassungs-Meßaufbau

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Eine Groundplane-Antenne wird einseitig gegenüber Erde betrieben. Sie ist eine unsymmetrische Antenne. Diese kann direkt mit dem Koaxkabel verbunden werden.

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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:

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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)

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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

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Kabel, HF-Kabel und Antennentechnik Kabel für das Flugzeug

Historie des Antennbaus

Dipol

HF-Kabel

Antennenarten

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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

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AWG Kabelgrößen

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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.

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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.

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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.

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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.

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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

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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

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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

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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

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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.

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Richtantenne

Nebenkeulen-dämpfung

Vor-/ Rückverhältnis

Stahlungsbreite

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Gemessenes Antennendiagramm

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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.

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Radiosender Kalundborg LW

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Drahtantennen - Yagi -Antenne

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

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Reflektorantenne

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Hornstrahler: Rillenhornstrahler für 3,7 ... 6 GHz mit einem Übergang auf Koaxialkabel mit SMA-Anschluss

Wellenleiterantennen

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Wellenleiterantennen Schlitzantenne (Umkehrprinzip)

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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.

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Ferritantenne mit Spulensatz für Lang-, Mittel- und Kurzwelle (Bleistift als Größenvergleich)

Magnetische Antennen

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Magnetische Antennen Rahmenantenne

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Der Transponder Historie

Primärradar

Funktion

Mode-S

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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

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Radio Aim Detecting And Ranging R = Entfernung zum Flugziel

c = Lichtgeschwindigkeit

t = Zeit

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Bestimmung der Flughöhe

Erdkrümmung !!!

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Die Radargleichung

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Rückstrahl-Charakteristik eines Stealth-Bombers (Wickipedia)

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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

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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)

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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).

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Abfrage-Codierung Bodenfunkstelle

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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

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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• All-call – Spezielle 24 Bit Adresse ( FFFFFF hex) – Alle Flugzeuge antworten

• Roll-call

– Eindeutige 24 Bit Adresse – Ein Flugzeug antwortet

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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.

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• Grundüberwachung

• Erweiterte Überwachung – Fluggeschwindigkeit – Steig- / Sinkrate – Position

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Mode S - Antwort

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Kollisionsvermeidung TCAS

Abrage 1mal/sec

Transponder

Mode-S

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Transponderpflicht Welche Luftfahrzeuge in welchen Lufträumen mit einem Transponder ausgerüstet sein müssen, regelt die Flugsicherungsausrüstungsverordnung (FSAV).

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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

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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.

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Tanspondertester

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..\..\Avionik-Messung\Prüfung_Formular\Avionik-Prüfung_1.pdf

Foliennummer 1Foliennummer 2Foliennummer 3Foliennummer 4Foliennummer 5Literatur und QuellenFoliennummer 7�� Elektrotechnik��Grundlagen, Batterie, Sicherungen, Kabel, Zentrale Masse, Meßtechnik ��ElektrotechnikFoliennummer 10Energie - BändermodellLadung, Feld, SpannungElektrisches Feld , elektrische SpannungEnergieFoliennummer 15LeistungDer elektrische WiderstandTemperaturabhängigkeit des ohmschen WiderstandesWiderstandstabelleÜbungLösung SpannungspotenzialSpannungsmessungStromrichtungStrommessungSicherungenKabelFoliennummer 28Zentrale MasseBeispiel : Verbraucher im Flugzeug� Funkgerät, BeleuchtungÜbungFoliennummer 32Elektromagnetische Wellen�GliederungFoliennummer 35Das Elektromagnetische SpektrumEigenschaften Physikalische GrundlageMaxwellsche Gesetze 1Maxwellsche Gesetze 2Maxwellsche Gesetze 3Maxwellsche Gesetze 4AuslenkungsgrößenAusbreitungAusbreitung 3DAusbreitungMaxwell: Ausbreitung im VakuumMaxwell: Ausbreitung in Materie Maxwell: Feldgröße Entstehung - 2 FragenAntwort Frage 1Antwort Frage 1Antwort Frage 2EntstehungWellengeneratoren �sehr unterschiedlichErzeugung – Hertz`scher DipolErzeugung - BeispielErzeugung - Beispiel Dipol-AntenneEM-Wellen verlassen DipolInformationen übermitteln�AM - FMNachrichtenübertragungFoliennummer 62AusbreitungWarum kann man Radio überall hören?Foliennummer 65Aufteilung der Atmosphäre nach dem Ionisierungszustand der LuftAuswirkungen der Troposphäre auf EM-WellenAuswirkungen in den Schichten der IonosphäreAuswirkungen in den Schichten der IonosphäreAuswirkungen in den Schichten der IonosphäreWarum kann man Radio überall hören?Konsequenzen z. B. bei GPSGegenmaßnahmenQuellenDas FunkgerätFoliennummer 76Foliennummer 77Foliennummer 78Foliennummer 79Foliennummer 80Foliennummer 81Foliennummer 82Foliennummer 83Foliennummer 84Foliennummer 85Foliennummer 86Foliennummer 87Foliennummer 88Foliennummer 89Foliennummer 90AufgabeLösungFoliennummer 93Foliennummer 94Foliennummer 95Foliennummer 96Foliennummer 97Avionik-Seite��http://mitarbeiter.hs-heilbronn.de/~doneit/Avionik/Avionik.htmlFoliennummer 99Foliennummer 100Foliennummer 101Foliennummer 102Foliennummer 103Foliennummer 104Foliennummer 105Foliennummer 106Foliennummer 107Foliennummer 108Foliennummer 109Foliennummer 110Foliennummer 111Foliennummer 112Foliennummer 113Foliennummer 114Foliennummer 115Foliennummer 116Foliennummer 117Foliennummer 118Foliennummer 119Foliennummer 120Foliennummer 121Foliennummer 122Foliennummer 123Foliennummer 124Foliennummer 125Foliennummer 126Foliennummer 127Foliennummer 128Foliennummer 129Foliennummer 130Foliennummer 131Foliennummer 132Foliennummer 133Foliennummer 134Foliennummer 135Foliennummer 136Foliennummer 137Foliennummer 138Foliennummer 139Foliennummer 140Foliennummer 141Foliennummer 142Foliennummer 143Foliennummer 144Foliennummer 145Foliennummer 146Foliennummer 147Foliennummer 148Foliennummer 149Foliennummer 150Mode S - AntwortFoliennummer 152Foliennummer 153Foliennummer 154Foliennummer 155Foliennummer 156Foliennummer 157Foliennummer 158Foliennummer 159Foliennummer 160Foliennummer 161

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Jürgen Doneit - hs-heilbronn.demitarbeiter.hs-heilbronn.de/~doneit/Avionik/Unterlagen... · 2014. 5. 26. · 4 2.Tag 2.1 9.00 Uhr Der Transponder Mode Funktionsweise Mode S Kennung,