Messung des Wasserstands - Hydrometrie: Theorie und Praxis der Durchflussmessung in offenen Gerinnen - page 75

le messtechnisch auswertbar umgestaltet werden. Abbildung 3.39 verdeutlicht das
Pulsradar.
Dieses Verfahren wird auch als „einfaches Pulsradar“ bezeichnet im Gegensatz
zum Puls-Doppler-Radar, das im Wesentlichen zur Überwachung von zivilen und
militärischen Flugzeugbewegungen genutzt wird und sich durch genaue Geschwin-
digkeitsmessung, aber ungenaue Entfernungsmessung auszeichnet. Aus diesem
Grunde wird für die Wasserstandsmessung mit Mikrowellen ausschließlich das ein-
fache Pulsradarverfahren eingesetzt.
Der Frequenzbereich der in der Hydrometrie verwendeten Pulsradarsensoren
liegt zwischen 6 GHz (C-Band) und ca. 26 GHz (K-Band) und weist somit ein sehr
breites Spektrum auf. Dadurch sind Pulsradargeräte in einem weiten Anwendungs-
bereich einsetzbar. Die Sensoren mit der niedrigen 6 GHz-Frequenz sind unanfällig
für Verschmutzungen des Antennensystems oder für Schaum an der Wasseroberflä-
che; sie sind daher z. B. für Abwasseraufbereitungsanlagen prädestiniert.
Die Geräte im K-Bandbereich mit Frequenzen über 20 GHz benötigen nur sehr
kleine Antennen, dadurch sind die Gehäuse sehr kompakt. Gleichzeitig erreichen
sie eine sehr hohe Messgenauigkeit, da die verwendeten Radarsignale stark gebün-
delt sind. Geräte mit diesem Frequenzbereich werden bevorzugt im gewässerkund-
lichen Messwesen bei offenen Gerinnen verwendet.
Neben den Bauteilen, die die Radarsignale aussenden und empfangen, werden
Radargeräte durch ihre Antennen charakterisiert. Die Antennen sollen bewirken,
dass die größtmögliche Menge der abgestrahlten Mikrowellenenergie gegen die zu
messende Wasseroberfläche gerichtet wird (Richtwirkung). Bei Wasserstandsmes-
sungen mit Pulsradar werden i. Allg. Hornantennen und bei beengten räumlichen
Verhältnissen dielektrische Stabantennen verwendet.
In Abb. 3.45 ist die Hornantenne an der Unterseite des Messgerätes zu erkennen.
Der Öffnungs- oder Strahlwinkel eines Radarsensors ist vom Durchmesser der
Antenne abhängig, wie aus dem Diagramm in Abb. 3.40 ersichtlich wird, in dem
die gebräuchlichsten Radarfrequenzen 6,3, 10 und 26 GHz dargestellt sind. Das
heißt bei einer vorgegebenen Antennengröße wird der Öffnungswinkel bei höheren
Frequenzen (kürzeren Wellenlängen) kleiner.
Für eine Hornantenne kann der Öffnungswinkel nach Gl. (3.11) berechnen wer-
den:

80

6,3 GHz
10 GHz
26 GHz

60

40

20

Abb. 3.40 Zusammenhang
zwischen Hornantennen-
durchmesser und Öffnungs-
winkel des Radarstrahls.
(Quelle: VEGA Grieshaber)

0

50 75 100 125 150 175 200 225 250

Antennendurchmesser in Millimeter